Проектування коміркових мереж для промислового ІоТ

Гончаренко, Євгеній  Федорович
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8051
Назва:	Проектування коміркових мереж для промислового ІоТ
Автори:	Чорній, Андрій Михайлович Гончаренко, Євгеній Федорович
Ключові слова:	протоколи bluetooth low energy;zigbee;wi-fi;lora;промисловий інтернет речей;коміркові мережі
Дата публікації:	2024
Короткий огляд (реферат):	В даній роботі, для технології промисловий «Інтернет речей», пропонується розглянути сучасні модулі для організації бездротових мереж зв'язку китайської компанії EBYTE. Bluetooth Low Energy використовує протокол, який призначений спеціально для пристроїв із надмалим споживанням енергії. При передачі всі проміжні мережеві пристрої зчитують адресну інформацію та приймають рішення про маршрутизацію даних. Представлені типові варіанти виконання модулів Bluetooth компанії EBYTE. Технологія ZigBee передбачає, що пристрої для керування вузлами можуть передавати дані через зв'язки в мережі. Платою за переваги ZigBee є скорочення часу автономної роботи пристроїв. Представлені приклади конструктивного виконання ряду модулів ZigBee компанії EBYTE.
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу):	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8051
Розташовується у зібраннях:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Телекомунікації)
Файли цього матеріалу:
Файл	Опис	Розмір	Формат
Б_172_ТК_Гончаренко_Чорній_2024.pdf Restricted Access		1.41 MB	Adobe PDF	Переглянути/Відкрити Запит копії
Показати повний опис матеріалу Перегляд статистики
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА 
МАШИНОБУДУВАННЯ 
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА 
КІБЕРБЕЗПЕКИ 
 
До захисту допущено  
завідувач кафедри РТСК 
д.т.н., професор __________ В.В. Палагін  
"_____" червня 2024 року 
 
 
Пояснювальна записка 
до випускної роботи 
освітнього ступеня «бакалавр» 
на тему: «Проектування коміркових мереж для промислового ІоТ» 
 
 Виконав студент 2(4) курсу, групи ТК-206ск 
Спеціальність – 172 «Телекомунікації та 
 радіотехніка» 
 Освітня програма – «Телекомунікації» 
 Гончаренко Євген Федорович 
 Керівник роботи Чорній А.М. 
 Рецензент  
 
 
 
 
Черкаси 2024 
 
Форма № Н-9.01 
Черкаський державний технологічний університет 
(назва вузу) 
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування 
Кафедра Робототехнічних і телекомунікаційних систем та кібербезпеки 
Освітній ступінь бакалавр 
Спеціальність 172 -  Телекомунікації та радіотехніка 
Освітня програма Телекомунікації 
 ЗАТВЕРДЖУЮ 
 Завідувач кафедри РТСК 
 д.т.н., професор Палагін В.В. 
   
 « 5 » лютого  2024 р. 
 
ЗАВДАННЯ 
на дипломний проект (роботу) студенту 
ГончаренкуЄвгену Федоровичу 
(прізвище, ім'я, по батькові) 
1. Тема проекту (роботи) Проектування коміркових мереж для промислового ІоТ 
 
керівник проекту (роботи) Чорній Андрій Михайлович, к.т.н., доцент 
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання) 
затверджена наказом по університету від « 20 »  лютого       2024 р.  № 49/04 
2. Строк подання студентом проекту (роботи) 1 червня 2024 р. 
3. Вихідні дані до проекту (роботи) Технології зв’язку: Bluetooth Low Energy, ZigBee, WI-Fi  
та LoRA; потужність передачі: 0-27 дБм; відстань зв’язку: до 500 м (Bluetooth Low Energy,  
ZigBee, WI-Fi), до 10 км (LoRA) 
 
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)______ 
Вступ. 1. Мережі бездротового доступу. 2. Огляд технологій і трендів промислового  
інтернету речей. 3. Методологія проектування коміркових мереж для промислового інтернету  
речей. 4. Охорона праці. Висновки. Список використаної літератури 
 
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)  
12 слайдів в PowerPoint 
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються 
  Підпис, дата 
Розділ Прізвище, ініціали та посада  завдання         завдання 
консультанта видав прийняв 
Охорона праці Кожем’якін О.С., ст. викладач   
 кафедри геодезії, землеустрою,   
 будівельних конструкцій та   
 безпеки життєдіяльності   
    
 
7. Дата видачі завдання 12 лютого 2024 р. 
 
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН 
№ Назва етапів дипломного                               С  т  р  о  к   виконання етапів      П   р имітка 
з/п проекту (роботи) проекту (роботи) 
Аналіз технічного завдання та огляд літератури 
1. 05.02.2024  
Ознайомлення з технологіями промислового  
2.   
інтернету речей 
 12.02.2024  
Аналіз особливостей впровадження промислового  
3.   
інтернету речей на підприємстві 
 26.02.2024  
Обгрунтування вибору бездротових модулів  
4.   
Bluetooth Low Energy, ZigBee, WI-Fi та LoRA   
   
компанії EBYTE 
 20.03.2024  
5. Застосування бездротових модулів в промислових    
 сенсорних мережах 15.04.2024  
6. Розробка розділу з охорони праці 04.05.2024  
7. Оформлення пояснювальної записки та презентації 20.05.2024  
    
   
 
 Студент   Гончаренко Є.Ф. 
  (підпис) (прізвище та ініціали) 
Керівник проекту (роботи)   Чорній А.М. 
  (підпис) (прізвище та ініціали) 
 
  
ЗМІСТ 
Стор.   
Вступ 4 
1. МЕРЕЖІ БЕЗДРОТОВОГО ДОСТУПУ 6 
1.1 Підходи до класифікації бездротових технологій 6 
1.2 Бездротові технології у промисловості 17 
2. ОГЛЯД ТЕХНОЛОГІЙ І ТРЕНДІВ ПРОМИСЛОВОГО ІНТЕРНЕТУ  
РЕЧЕЙ 21 
2.1 Передумови та поточні дослідження IoT 21 
2.2 Сервіс-орієнтована архітектура (SOA) для Інтернету речей (IoT) 25 
2.3 Ключові технології в IoT 30 
2.4 Ключові програми IoT в промисловості 34 
2.5 Дослідницькі проблеми та майбутні тенденції 38 
3. МЕТОДОЛОГІЯ ПРОЕКТУВАННЯ КОМІРКОВИХ МЕРЕЖ ДЛЯ  
ПРОМИСЛОВОГО ІНТЕРНЕТУ РЕЧЕЙ 43 
3.1 Особливості впровадження промислового інтернету речей на 43 
підприємстві 
3.2 Комірчасті мережі як основа для IIoT 49 
3.3 Бездротові модулі Bluetooth Low Energy компанії EBYTE 52 
3.4 Бездротові модулі ZigBee компанії EBYTE 54 
3.5 Бездротові модулі Wi-Fi компанії EBYTE 56 
3.6 Бездротові модулі LoRa компанії EBYTE 58 
3.7 Промислові бездротові сенсорні мережі 61 
4. ОХОРОНА ПРАЦІ  64 
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на працівників при   
роботі в  приміщенні технічного відділу 64 
4.2 Модернізація системи водяного опалення в приміщенні відділу 69 
Висновки 78 
Список використаної літератури 80 
 
  
ВСТУП 
 
Промисловий інтернет речей (IIoT) є сукупністю мереж і пов'язаного з ними 
виробничого обладнання, доповненого ПЗ і вбудованими датчиками. Системи 
призначені для збору, обміну даними та можуть керуватися автоматично без участі 
людини. В останні роки технології IIoT знаходять широке застосування в багатьох 
сферах господарювання. Їх використовують для вирішення безлічі корпоративних 
завдань з метою підвищення ефективності виробничої діяльності та побудови 
інноваційних моделей ведення бізнесу. Впровадження технології може призвести 
до Четвертої промислової революції, яка спричинить кардинальні зміни в житті 
людей, у тому числі в роботі, побуті та обслуговуванні потреб. 
Впровадження IIoT передбачає встановлення кількох взаємозалежних 
компонентів, які забезпечують ефективну цифрову трансформацію бізнесу. До 
складових системи належать такі пристрої IIoT: 
• З'єднання – зв'язок між комп'ютерними мережами та обладнанням може 
забезпечуватись різними технологіями, у тому числі Bluetooth WLAN, Wi-FI, UWB 
та ін. 
• Датчики/маячки – мініатюрні передавальні пристрої, які встановлюються на 
об'єктах і з певною частотою надсилають радіосигнали. 
• Система для аналізу та обробки даних – основа, що визначає розташування 
маячків або датчиків. Вона приймає сигнали від передаючих пристроїв і надсилає 
дані користувачам, які використовують систему. 
Індустріальний «Інтернет речей» (IIoT) відкриває шлях до віддаленого 
управління активами та аналітиці у реальному часі. Однак при впровадженні IIoT 
фахівці зіткнулися з обмеженими можливостями передачі даних від великої 
кількості датчиків та різнопланового обладнання, оскільки такі можливості не були 
передбачені у мережах підприємств. Проблему може вирішити використання 
технології мереж, але для цього потрібні модулі бездротового зв'язку — багато 
модулів, причому різних. А там, де чогось багато, кожна заощаджена копійка 
перетворюється на повноважні гривні.  
Метою даної кваліфікаційної бакалаврської роботи є розробка методології 
проєктування коміркових мереж промислового інтернету речей.  
Досягнення поставленої мети можливе при вирішенні наступних завдань: 
• проаналізувати сутність, особливості впровадження та тенденції розвитку  
промислового інтернету речей; 
• провести огляд стандартів і протоколів бездротової передачі даних, що 
використовуються в промисловому ІоТ; 
• розглянути типові топології мереж, що використовуються в промисловому 
ІоТ; 
• здійснити вибір сучасних модулів для організації бездротових мереж зв'язку 
з використанням технологій різного радіусу дії (Bluetooth Low Energy, 
ZigBee, Wi-Fi та LoRa); 
• обгрунтувати вибір базової технології для мережі бездротових датчиків; 
• розглянути архітектура типової бездротової коміркової мережі; 
• проаналізувати структуру бездротової сенсорної мережі, яка є частиною 
внутрішньої мережі підприємства. 
 
 
 
  
1. МЕРЕЖІ БЕЗДРОТОВОГО ДОСТУПУ 
  
1.1 Підходи до класифікації бездротових технологій 
 
Бездротові технології — підклас інформаційних технологій, що служать 
передачі інформації на відстань між двома і більше точками, не вимагаючи зв'язку 
їх проводами. Для передачі може використовуватися інфрачервоне 
випромінювання, радіохвилі, оптичне чи лазерне випромінювання. 
В даний час існує безліч бездротових технологій, найчастіше відомих 
користувачам за їх маркетинговими назвами, такими як Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth 
та інші (рис.1.1). Кожна технологія має певні характеристики, які визначають її 
сферу застосування. 
  
Рисунок 1.1 – Типи технології бездротового зв'язку ближньої дії: 
 
За дальністю дії: 
• Бездротові персональні мережі (WPAN – Wireless Personal Area Networks). 
Приклади технологій – Bluetooth. 
• Бездротові локальні мережі (Wireless Local Area Networks). Приклади 
технологій – Wi-Fi. 
• Бездротові мережі масштабу міста (WMAN – Wireless Metropolitan Area 
Networks). Приклади технологій – WiMAX. 
• Бездротові глобальні мережі (WWAN – Wireless Wide Area Network). 
Приклади технологій – CSD, GPRS, EDGE, EV-DO, HSPA. 
За топологією: 
• "Точка-точка". 
• «Точка-багатоточка». 
По галузі застосування: 
• Корпоративні (відомчі) бездротові мережі — створювані компаніями для 
потреб. 
• Операторські бездротові мережі — створені операторами зв'язку для 
надання послуг. 
Коротким способом класифікації може бути одночасне відображення двох 
найбільш суттєвих характеристик бездротових технологій на двох осях: 
максимальна швидкість передачі інформації та максимальна відстань. 
RFID (англ. Radio Frequency Identification, радіочастотна ідентифікація) - 
спосіб автоматичної ідентифікації об'єктів, в якому за допомогою радіосигналів 
зчитуються або записуються дані, що зберігаються в так званих транспондерах або 
RFID-мітках. 
Будь-яка RFID-система складається зі зчитувального пристрою (зчитувач, 
рідер або Інтеррогатор) і транспондера (він же RFID-мітка). 
За дальністю зчитування RFID-системи поділяють на системи: 
• ближню ідентифікацію (зчитування здійснюється на відстані до 20 см); 
• ідентифікація середньої дальності (від 20 см до 5 м); 
• дальню ідентифікацію (від 5 м до 100 м) 
З введенням RFID-міток у повсякденне життя пов'язана низка проблем. 
Наприклад, споживачі, які не володіють зчитувачами, не завжди можуть виявити 
мітки, прикріплені до товару на етапі виробництва та упаковки, та позбутися їх. 
Вже відомі додатки RFID (безконтактні картки в системах контролю та 
управління доступом, системах дальньої ідентифікації та в платіжних системах) 
набувають додаткової популярності з розвитком інтернет-послуг. 
Near Field Communication, NFC («комунікація ближнього поля») - 
технологія бездротового високочастотного зв'язку малого радіусу дії, яка дає 
можливість обміну даними між пристроями, що знаходяться на відстані близько 10 
сантиметрів. 
Ця технологія - просте розширення стандарту безконтактних карток (ISO 
14443), яка поєднує інтерфейс смарт-картки та зчитувача в єдиний пристрій. 
Пристрій NFC може підтримувати зв'язок і з існуючими смарт-картками та 
зчитувачами стандарту ISO 14443, і з іншими пристроями NFC, і таким чином 
сумісний з існуючою інфраструктурою безконтактних карток, що вже 
використовується у громадському транспорті та платіжних системах. NFC націлена 
насамперед на використання в мобільних телефонах. 
Bluetooth - виробнича специфікація бездротових персональних мереж 
(Wireless personal area network, WPAN). Bluetooth забезпечує обмін інформацією 
між такими пристроями як персональні комп'ютери (настільні, кишенькові, 
ноутбуки), мобільні телефони, принтери, цифрові фотоапарати, мишки, клавіатури, 
джойстики, навушники, гарнітури на надійній, безкоштовній, доступній 
радіочастоті для ближнього зв'язку. Bluetooth дозволяє цим пристроям 
повідомлятися, коли вони знаходяться в радіусі до 100 метрів один від одного 
(дальність залежить від перешкод), навіть у різних приміщеннях. 
Слово Bluetooth — переклад на англійську мову датського слова «Blåtand» 
(«Синезубий»). Це прізвисько носив король Харальд I, який правив у X столітті 
Данією і частиною Норвегії і об'єднав датські племена, що ворогували, в єдине 
королівство. Мається на увазі, що Bluetooth робить те саме з протоколами зв'язку, 
поєднуючи їх в один універсальний стандарт. Хоча «blå» у сучасних 
скандинавських мовах означає «синій», за вікінгів воно також могло означати 
«чорного кольору». Роботи зі створення Bluetooth розпочав виробник 
телекомунікаційного обладнання Ericsson у 1994 році як бездротову альтернативу 
кабелям RS-232. 
Специфікація Bluetooth була розроблена групою Bluetooth Special Interest 
Group (Bluetooth SIG), яка була заснована у 1998 році. До неї увійшли компанії 
Ericsson, IBM, Intel, Toshiba та Nokia. Згодом Bluetooth SIG та IEEE досягли угоди, 
на основі якої специфікація Bluetooth стала частиною стандарту IEEE 802.15.1. 
Принцип дії ґрунтується на використанні радіохвиль. Радіозв'язок Bluetooth 
здійснюється в ISM-діапазоні (англ. Industry, Science and Medicine), який 
використовується в різних побутових приладах та бездротових мережах (вільний 
від ліцензування діапазон 2,4-2,4835 ГГц). У Bluetooth застосовується метод 
розширення спектру зі стрибкоподібною перебудовою частоти ( Frequency Hopping 
Spread Spectrum, FHSS). Метод FHSS простий у реалізації забезпечує стійкість до 
широкосмугових перешкод, а обладнання недороге. 
Згідно з алгоритмом FHSS, у Bluetooth несуча частота сигналу 
стрибкоподібно змінюється 1600 разів на секунду (всього виділяється 79 робочих 
частот шириною в 1 МГц, а в Японії, Франції та Іспанії - 23 частотних каналу). 
Послідовність перемикання між частотами для кожного з'єднання є 
псевдовипадковою і відома тільки передавачу та приймачеві, які кожні 625 мкс 
(один часовий слот) синхронно перебудовуються з однієї несучої частоти на іншу. 
Таким чином, якщо поряд працюють кілька пар приймач-передавач, то вони не 
заважають один одному. Цей алгоритм є також складовою системи захисту 
конфіденційності інформації, що передається: перехід відбувається за 
псевдовипадковим алгоритмом і визначається окремо для кожного з'єднання. 
Протокол Bluetooth підтримує не тільки з'єднання point-to-point, але й 
з'єднання point-to-multipoint. 
Пристрої версій 1.0 (1998) та 1.0B мали погану сумісність між продуктами 
різних виробників. У 1.0 і 1.0B була обов'язковою передача адреси пристрою 
(BD_ADDR) на етапі встановлення зв'язку, що унеможливлювало реалізацію 
анонімності з'єднання на протокольному рівні і було основним недоліком даної 
специфікації. 
У Bluetooth 1.1 було виправлено безліч помилок, знайдених у 1.0B, додано 
підтримку для нешифрованих каналів, індикацію рівня потужності сигналу (RSSI). 
Bluetooth SIG затвердив специфікацію Bluetooth 4.0 30 червня 2010р. 
Bluetooth 4.0 включає протоколи: Класичний Bluetooth, Високошвидкісний 
Bluetooth і Bluetooth з низьким енергоспоживанням. Високошвидкісний Bluetooth 
базується на Wi-Fi, а Класичний Bluetooth складається з протоколів попередніх 
специфікацій Bluetooth. 
Протокол Bluetooth з низьким енергоспоживанням призначений для 
мініатюрних електронних датчиків (використовуються в спортивному взутті, 
тренажерах, мініатюрних сенсорах, що розміщуються на тілі пацієнтів, сенсори 
температури, тиску, вологості, швидкості пересування тощо; на базі цього 
стандарту можуть передавати інформацію на різні пристрої контролю: мобільні 
телефони, ПК тощо). Низьке енергоспоживання досягається за рахунок 
використання спеціального алгоритму роботи. Передавач включається лише на час 
відправлення даних, що забезпечує можливість роботи від однієї батареї типу 
CR2032 протягом кількох років. Стандарт надає швидкість передачі в 1 Мбіт/с при 
розмірі пакета даних 8—27 байт. У новій версії два Bluetooth-пристрої зможуть 
встановлювати з'єднання менш ніж за 5 мілісекунд та підтримувати його на відстані 
до 100 м. Для цього використовується вдосконалена корекція помилок, а 
необхідний рівень безпеки забезпечує 128-бітове AES-шифрування. 
У червні 2006 року Авішай Вул та Янів Шакед опублікували статтю, що 
містить докладний опис атаки на bluetooth-пристрої. Матеріал містив опис як 
активної, так і пасивної атаки, що дозволяє отримати PIN-код пристрою і надалі 
здійснити з'єднання з цим пристроєм. Пасивна атака дозволяє відповідно 
екіпірованому зловмиснику «підслухати» (sniffing) процес ініціалізації з'єднання і 
надалі використовувати отримані в результаті прослуховування та аналізу дані для 
встановлення з'єднання (spoofing). 
Представники організації Bluetooth Special Interest Group (SIG) повідомили 
про деякі характеристики оновленої специфікації Bluetooth, зміни стосуються 
використання Bluetooth у сфері інтернету речей (IoT). Зокрема, розробники 
збільшили дальність зв'язку та підвищили швидкість передачі даних, а також 
запровадили підтримку комірчастих мереж. Всі ці нововведення повинні 
прискорити розвиток інтернету речей і в таких напрямках, як домашня та 
промислова автоматизація, позиційно-залежні сервіси та "розумна" 
інфраструктура. Так, радіус дії Bluetooth Smart збільшився вчетверо, що забезпечує 
більш надійне підключення на користь систем, що охоплюють весь будинок або 
працюють на відкритому повітрі. 
У свою чергу, дворазове збільшення швидкості передачі даних без 
підвищення енергоспоживання дозволить зменшити затримку та скоротити час 
реакції пристроїв, а підтримка комірчастої топології дозволить пристроям 
з'єднуватись один з одним, утворюючи мережі. 
Технологію Bluetooth використовують численні розробники та виробники 
пристроїв для інтернету речей. Новий функціонал, який запроваджено, має 
зміцнити позиції Bluetooth як основну технологію IoT. 
UWB (англ. Ultra-Wide Band, надширока смуга) - це бездротова технологія 
зв'язку на малих відстанях при низьких витратах енергії, що використовує як 
несучу надширокосмугові сигнали з вкрай низькою спектральною щільністю 
потужності. 
Для безліцензійного використання надширокосмугових сигналів в Україні 
виділено діапазон 2,85...10 ГГц, США 3,1...10,6 ГГц, Євросоюзі 6...8 ГГц. При 
цьому спектральна щільність потужності СШП приймача при роботі в приміщенні 
не повинна перевищувати −47...−45 дБм/МГц (−41,3 дБм/МГц у США та 
Євросоюзі). 
Використання надширокої смуги частот (щонайменше 500 МГц) дозволяє 
UWB досягти швидкості передачі до 480 Мбіт/с з відривом до 3 м. На дистанціях 
до 10 м технологія дозволяє досягти лише 110 Мбіт/с. 
DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) — технологія 
бездротового зв'язку на частотах 1880—1900 МГц з модуляцією GMSK (BT = 0,5), 
використовується в сучасних радіотелефонах. Стандарт DECT не тільки набув 
широкого поширення в Європі, але й є найбільш популярним стандартом 
бездротового телефону у світі, завдяки простоті розгортання DECT-мереж, 
широкому спектру користувацьких послуг та високій якості зв'язку. 
За оцінками 1999 року DECT прийнято більш ніж 100 країнах, а число 
абонентських пристроїв DECT у світі наближається до 50 мільйонам. У Європі 
DECT повністю витісняє бездротові телефони стандартів CT2, CT3; на інших 
континентах DECT успішно конкурує з американським стандартом PACS та 
японським PHS. Стандарт DECT в Україні для домашнього користування не 
вимагає ліцензування. 
GPRS (англ. General Packet Radio Service — пакетний радіозв'язок загального 
користування) — надбудова над технологією мобільного зв'язку GSM, що здійснює 
пакетну передачу даних. GPRS дозволяє користувачеві мережі стільникового 
зв'язку здійснювати обмін даними з іншими пристроями в мережі GSM та 
зовнішніми мережами, у тому числі Інтернет. GPRS передбачає тарифікацію за 
обсягом переданої/отриманої інформації, а не за часом, проведеним онлайн. 
Infrared Data Association - IrDA, ІЧ-порт, Інфрачервоний порт - група 
стандартів, що описує протоколи фізичного та логічного рівня передачі даних з 
використанням інфрачервоного діапазону світлових хвиль як середовища передачі. 
Є різновидом оптичної лінії зв'язку ближнього радіусу дії. 
Була особливо популярна наприкінці 1990-х – початку 2000-х років. На даний 
час практично витіснена більш сучасними способами зв'язку, такими як Wi-Fi та 
Bluetooth. Основні причини відмови від IrDA були: 
• Ускладнення складання корпусів пристроїв, у яких монтувалося ІЧ-прозоре вікно. 
• Обмежена дальність дії та вимоги прямої видимості пари приймач-передавач. 
• Відносно низька швидкість передачі перших реалізацій стандарту. У наступних 
ревізіях стандарту цей недолік виправили: швидкісні можливості трохи 
перевищують, наприклад, можливості найпоширенішої на сьогодні версії 
протоколу Bluetooth (специфікація 4.0). Однак широкого поширення швидкісні 
варіанти IrDA отримати вже не встигли. 
IrDA специфікації включають: Специфікацію фізичного рівня IrPHY (з 
різновидами SIR, MIR, FIR, VFIR, UFIR); протокольні специфікації IrLAP, IrLMP, 
IrCOMM, Tiny TP, IrOBEX, IrLAN, IrSimple та IrFM. 
У повсякденному житті ми стикаємося з інфрачервоними портами: 
дистанційний пульт управління передає команди на телевізор або DVD-плеєр за 
допомогою IrDA. Донедавна ІЧ-портами оснащувалися більшість телефонів, 
ноутбуків і кишенькових комп'ютерів. ІЧ-портами оснащуються деякі принтери та 
цифрові фотоапарати. 
Більшість настільних ПК, навпаки, не мають інфрачервоного порту в 
стандартній системній конфігурації, і для них необхідний ІЧ-адаптер, який 
підключається до комп'ютера через USB, СОМ-порт або спеціальний роз'єм на 
материнській платі. 
Через ІЧ-порт, за допомогою протоколу високого рівня — IrOBEX можна, 
наприклад, передати цифрову візитну картку, мелодію, картинку або файл на інший 
мобільний телефон або комп'ютер, на якому також є ІЧ-порт. Цей же протокол 
дозволяє організовувати синхронізацію даних. Протокол IrCOMM дозволяє 
використовувати мобільний телефон як бездротовий модем. Протокол IrLAN 
дозволяє підключити та зв'язати пристрої до локальної мережі, на зразок Ethernet. 
Зважаючи на те, що пульти дистанційного керування використовують цей же 
протокол, смартфон або планшет, із вбудованим ІЧ-портом, можна 
використовувати як пульт для керування. Для цього необхідно встановити 
відповідне ПЗ. 
Wi-Fi – торгова марка Wi-Fi Alliance для бездротових мереж на базі стандарту 
IEEE 802.11. Під абревіатурою Wi-Fi (від англійського словосполучення Wireless 
Fidelity, яке можна дослівно перекласти як «висока точність бездротової передачі 
даних»), в даний час розвивається ціла родина стандартів передачі цифрових 
потоків даних по радіоканалах. 
Wi-Fi був створений в 1991 році NCR Corporation/AT&T (згодом - Lucent 
Technologies і Agere Systems) в Нівегейн (Нідерланди). Продукти, що призначалися 
спочатку для систем касового обслуговування, були виведені на ринок під маркою 
WaveLAN та забезпечували швидкість передачі даних від 1 до 2 Мбіт/с. 
Стандарт IEEE 802.11n було затверджено 11 вересня 2009 року. Його 
застосування дозволяє підвищити швидкість передачі даних практично вчетверо 
порівняно з пристроями стандартів 802.11g (максимальна швидкість яких дорівнює 
54 Мбіт/с) за умови використання в режимі 802.11n з іншими пристроями 802.11n. 
Теоретично 802.11n здатний забезпечити швидкість передачі до 600 Мбіт/с. 
27 липня 2011 року Інститут інженерів електротехніки та електроніки (IEEE) 
випустив офіційну версію стандарту IEEE 802.22. Системи та пристрої, що 
підтримують цей стандарт, дозволять передавати дані на швидкості до 22 Мб/с у 
радіусі 100 км від найближчого передавача. 
Термін "Wi-Fi" спочатку був придуманий як гра слів для привернення уваги 
споживача "натяк" на Hi-Fi (англ. High Fidelity - висока точність). Незважаючи на 
те, що спочатку в деяких прес-релізах WECA фігурувало словосполучення Wireless 
Fidelity (бездротова точність), на даний момент від такого формулювання 
відмовилися, і термін Wi-Fi ніяк не розшифровується. 
Зазвичай схема Wi-Fi мережі містить не менше однієї точки доступу та не 
менше одного клієнта. Також можливе підключення двох клієнтів у режимі точка-
точка (Ad-hoc), коли точка доступу не використовується, а клієнти з'єднуються за 
допомогою мережних адаптерів безпосередньо. Точка доступу передає свій 
ідентифікатор мережі (SSID) за допомогою спеціальних сигнальних пакетів 
швидкості 0,1 Мбіт/с кожні 100 мс. Тому 0,1 Мбіт/с — найменша швидкість 
передачі для Wi-Fi. Знаючи SSID мережі, клієнт може з'ясувати, чи можливо 
підключення до цієї точки доступу. При попаданні в зону дії двох точок доступу з 
ідентичними SSID приймач може вибирати між ними на підставі даних про рівень 
сигналу. Стандарт Wi-Fi дає клієнту повну свободу під час вибору критеріїв для 
з'єднання. 
• Дозволяє розгорнути мережу без прокладання кабелю, що може зменшити 
вартість розгортання та/або розширення мережі. Місця, де не можна прокласти 
кабель, наприклад, поза приміщеннями та в будинках, що мають історичну 
цінність, можуть обслуговуватися бездротовими мережами. 
• Дозволяє мати доступ до мережі мобільних пристроїв. 
• Wi-Fi пристрої поширені на ринку. Гарантується сумісність обладнання 
завдяки обов'язковій сертифікації обладнання з логотипом Wi-Fi. 
• Мобільність. Ви більше не прив'язані до одного місця і можете 
користуватися Інтернетом у зручній для вас обстановці. 
• В межах Wi-Fi зони в Інтернет можуть виходити кілька користувачів з 
комп'ютерів, ноутбуків, телефонів і т.д. 
• Випромінювання від Wi-Fi пристроїв у момент передачі даних на порядок 
(в 10 разів) менше, ніж у стільникового телефону. 
• У діапазоні 2.4 GHz працює безліч пристроїв, таких як пристрої, що 
підтримують Bluetooth та ін, і навіть мікрохвильові печі, що погіршує 
електромагнітну сумісність. 
• Виробники обладнання вказують швидкість на L1 (OSI), внаслідок чого 
створюється ілюзія, що виробник обладнання завищує швидкість, але насправді в 
Wi-Fi дуже високі службові «накладні витрати». Виходить, що швидкість передачі 
даних на L2 (OSI) у Wi-Fi мережі завжди нижча за заявлену швидкість на L1 (OSI). 
Реальна швидкість залежить від частки службового трафіку, яка вже залежить від 
наявності між пристроями фізичних перешкод (меблі, стіни), наявності перешкод 
від інших бездротових пристроїв або електронної апаратури, розташування 
пристроїв відносно один одного тощо. 
• Частотний діапазон та експлуатаційні обмеження у різних країнах не 
однакові. У багатьох європейських країнах дозволено два додаткові канали, які 
заборонені в США; У Японії є ще один канал у верхній частині діапазону, інші 
країни, наприклад Іспанія, забороняють використання низькочастотних каналів. 
Більше того, деякі країни, наприклад Білорусь та Італія, вимагають реєстрації всіх 
мереж Wi-Fi, що працюють поза приміщеннями, або вимагають реєстрації Wi-Fi-
оператора. 
• У деяких країнах точки бездротового доступу, а також адаптери Wi-Fi з 
ЕІІМ, що перевищує 100 мВт (20 дБм), підлягають обов'язковій реєстрації. 
• Стандарт шифрування WEP може бути відносно легко зламаний навіть за 
правильної конфігурації (через слабку стійкість алгоритму). Нові пристрої 
підтримують досконаліший протокол шифрування даних WPA та WPA2. 
Прийняття стандарту IEEE 802.11i (WPA2) у червні 2004 року зробило доступною 
безпечнішу схему, яка є в новому устаткуванні. Обидві схеми вимагають більш 
стійкого пароля, ніж ті, які зазвичай призначаються користувачами. Багато 
організацій використовують додаткове шифрування (наприклад, VPN) для захисту 
від вторгнення. На даний момент основним методом злому WPA2 є підбір пароля, 
тому рекомендується використовувати складні цифро-літерні паролі для того, щоб 
максимально ускладнити завдання підбору пароля. 
Комерційний доступ до сервісів на основі Wi-Fi надається в таких місцях, як 
Інтернет-кафе, аеропорти та кафе по всьому світу (Wi-Fi-кафе), проте їх покриття 
можна вважати точковим у порівнянні зі стільниковими мережами. 
  
  
1.2 Бездротові технології у промисловості 
 
Для використання в промисловості технології Wi-Fi пропонуються поки що 
обмеженою кількістю постачальників. Так Siemens Automation & Drives пропонує 
Wi-Fi-рішення для своїх контролерів SIMATIC відповідно до стандарту IEEE 
802.11g у вільному ISM-діапазоні 2,4 ГГц і забезпечує максимальну швидкість 
передачі 54 Мбіт/с. Дані технології застосовуються в основному для управління 
об'єктами, що рухаються, і в складській логістиці, а також у тих випадках, коли з 
якоїсь причини неможливо прокладати дротові мережі Ethernet. 
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - 
телекомунікаційна технологія, розроблена з метою надання універсального 
бездротового зв'язку на великих відстанях для широкого спектру пристроїв (від 
робочих станцій і портативних комп'ютерів до мобільних телефонів). Заснована на 
стандарті IEEE 802.16, який також називають Wireless MAN (WiMAX слід вважати 
жаргонною назвою, тому що це не технологія, а назва форуму, на якому Wireless 
MAN і був узгоджений). 
Назва "WiMAX" була створена WiMAX Forum - організацією, яка була 
заснована в червні 2001 року з метою просування та розвитку технології WiMAX. 
Форум описує WiMAX як «засновану на стандарті технологію, що надає 
високошвидкісний бездротовий доступ до мережі, альтернативний виділеним 
лініям та DSL». Максимальна швидкість - до 1 Гбіт/сек на комірку. 
WiMAX підходить для вирішення наступних завдань: 
• З'єднання точок доступу Wi-Fi між собою та іншими сегментами Інтернету. 
• Забезпечення бездротового широкосмугового доступу як альтернативи 
виділеним лініям та DSL. 
• Надання високошвидкісних послуг передачі даних і телекомунікаційних 
послуг. 
• Створення точок доступу, не пов'язаних з географічним розташуванням. 
• Створення систем дистанційного моніторингу (monitoring системи), як це 
має місце в системі SCADA. 
WiMAX дозволяє здійснювати доступ до Інтернету на високих швидкостях, 
з набагато більшим покриттям, ніж у Wi-Fi-мереж. Це дозволяє використовувати 
технологію як «магістральні канали», продовженням яких виступають традиційні 
DSL-і виділені лінії, а також локальні мережі. В результаті подібний підхід 
дозволяє створювати масштабовані високошвидкісні мережі у межах міст. 
Проблема останньої милі завжди була актуальною для зв'язківців. На цей час 
з'явилося безліч технологій останньої милі, і перед будь-яким оператором зв'язку 
стоїть завдання вибору технології, що оптимально вирішує завдання доставки будь-
якого виду трафіку своїм абонентам. Універсального вирішення цього завдання не 
існує, кожна технологія має свою область застосування, свої переваги та недоліки. 
На вибір того чи іншого технологічного рішення впливає низка факторів, у тому 
числі: 
• стратегія оператора, цільова аудиторія, що пропонуються в даний час та 
плануються до надання послуги, 
• розмір інвестицій у розвиток мережі та термін їхньої окупності, 
• вже наявна мережева інфраструктура, ресурси для її підтримки у 
працездатному стані, 
• час, необхідний для запуску мережі та початку надання послуг. 
У кожного з цих факторів є своя вага, і вибір тієї чи іншої технології 
приймається з урахуванням усіх їх у сукупності. 
Фіксований та мобільний варіант WiMAX 
Набір переваг притаманний усьому сімейству WiMAX, проте його версії 
суттєво відрізняються одна від одної. Розробники стандарту шукали оптимальних 
рішень як для фіксованого, так і для мобільного застосування, але поєднати всі 
вимоги в рамках одного стандарту не вдалося. Хоча ряд базових вимог збігається, 
націленість технологій на різні ринкові ніші призвела до створення двох окремих 
версій стандарту (вірніше їх можна вважати двома різними стандартами). Кожна зі 
специфікацій WiMAX визначає свої робочі діапазони частот, ширину смуги 
пропускання, потужність випромінювання, методи передачі та доступу, способи 
кодування та модуляції сигналу, принципи повторного використання радіочастот 
та інші показники. Тому WiMAX-системи, засновані на версіях стандарту IEEE 
802.16 e і d, практично несумісні. Короткі характеристики кожної з версій наведені 
нижче. 
• 802.16-2004 (відомий також як 802.16d та фіксований WiMAX). 
Специфікацію затверджено у 2004 році. Використовується ортогональне частотне 
мультиплексування (OFDM), підтримується фіксований доступ у зонах з наявністю 
або відсутністю прямої видимості. Користувальницькі пристрої є стаціонарними 
модемами для установки поза і всередині приміщень, а також PCMCIA-карти для 
ноутбуків. У більшості країн під цю технологію відведено діапазони 3,5 та 5 ГГц. 
За даними WiMAX Forum, налічується вже близько 175 впроваджень фіксованої 
версії. Багато аналітиків бачать у ній конкуруючу чи взаємодоповнювальну 
технологію дротового широкосмугового доступу DSL. 
• 802.16-2005 (відомий також як 802.16e та мобільний WiMAX). 
Специфікацію затверджено у 2005 році. Це новий виток розвитку технології 
фіксованого доступу (802.16d). Оптимізована для підтримки мобільних 
користувачів версія підтримує низку специфічних функцій, таких як хендовер, idle 
mode та роумінг. Застосовується масштабований OFDM-доступ (SOFDMA), 
можлива робота за наявності або відсутності прямої видимості. Заплановані 
частотні діапазони для мереж Mobile WiMAX такі: 2,3-2,5; 2,5-2,7; 3,4-3,8 ГГц. 
Конкурентами 802.16e є всі мобільні технології третього покоління (наприклад, 
EV-DO, HSDPA). 
Основна відмінність двох технологій полягає в тому, що фіксований WiMAX 
дозволяє обслуговувати тільки "статичних" абонентів, а мобільний орієнтований на 
роботу з користувачами, що пересуваються зі швидкістю до 150 км/год. 
Мобільність означає наявність функцій роумінгу та «безшовного» перемикання 
між базовими станціями при пересуванні абонента (як відбувається у мережах 
стільникового зв'язку). В окремому випадку мобільний WiMAX застосовується і 
для обслуговування фіксованих користувачів. 
Багато телекомунікаційних компаній роблять великі ставки на використання 
WiMAX для надання послуг високошвидкісного зв'язку. І тому є кілька причин. 
По-перше, технології сімейства 802.16 дозволять економічно більш 
ефективно (порівняно з провідними технологіями) не лише надавати доступ до 
мережі новим клієнтам, а й розширювати спектр послуг та охоплювати нові 
важкодоступні території. 
По-друге, бездротові технології набагато простіші у використанні, ніж 
традиційні дротові канали. WiMAX і Wi-Fi мережі прості в розгортанні і при 
необхідності легко масштабуються. Цей фактор виявляється дуже корисним, коли 
необхідно розгорнути велику мережу в найкоротший термін. Наприклад, WiMAX 
був використаний для того, щоб надати доступ до Мережі, тим, хто вижив після 
цунамі, що сталося в грудні 2004 року в Індонезії (Aceh). Вся комунікаційна 
інфраструктура області була виведена з ладу і потрібно оперативне відновлення 
послуг зв'язку для всього регіону. 
У сумі всі ці переваги дозволять знизити ціни на надання послуг 
високошвидкісного доступу до Інтернету як для бізнес-структур, так і для 
приватних осіб. 
Устаткування для використання мереж WiMAX поставляється кількома 
виробниками і може бути встановлене як у приміщенні (пристрої розміром із 
звичайний DSL-модем), так і поза ним. Слід зауважити, що обладнання, 
розраховане на розміщення всередині приміщень і не потребує професійних 
навичок при встановленні, звичайно, зручніше, проте здатне працювати на менших 
відстанях від базової станції, ніж професійно встановлені зовнішні пристрої. 
З винаходом мобільного WiMAX все більший акцент робиться на розробці 
мобільних пристроїв. У тому числі спеціальних телефонних трубок (схожих на 
звичайний мобільний смартфон) та комп'ютерної периферії (USB радіо модулів і 
PC card). 
 
  
2. ОГЛЯД ТЕХНОЛОГІЙ І ТРЕНДІВ  
ПРОМИСЛОВОГО ІНТЕРНЕТУ РЕЧЕЙ 
 
2.1 Передумови та поточні дослідження IoT 
 
Передбачається, що «Інтернет речей» (Internet of things, IoT) запропонує 
перспективні вирішення проблем щодо перетворення функціонування та ролі 
багатьох промислових систем. Наприклад, IoT вже використовується для створення 
інтелектуальних транспортних систем, завдяки яким з'являється можливість 
відстежувати розташування кожного транспортного засобу, вести моніторинг його 
пересування, а також передбачати його майбутню дислокацію та ймовірний 
дорожній трафік. 
Термін «Інтернет речей» був запропонований для позначення однозначної 
ідентифікації об'єктів, пов'язаних за допомогою технології радіочастотної 
ідентифікації RFID. Пізніше він став торкатися набагато більше технологій, таких 
як датчики, приводи, GPS- та мобільні пристрої. Сьогодні загальноприйняте 
визначення «Інтернету речей» таке: динамічна глобальна мережева інфраструктура 
з самостійним налаштуванням можливостей на основі стандартних та сумісних 
протоколів зв'язку, де фізичні та віртуальні «речі» мають ідентифікатори, фізичні 
атрибути та віртуальні персоналії, використовують інтелектуальні інтерфейси [2]. 
Зокрема, інтеграція датчиків/приводів, RFID-міток та комунікаційних 
технологій є основою для «Інтернету речей» і пояснює, як різні фізичні предмети 
та пристрої навколо нас можуть бути пов'язані з Інтернетом, а також дозволяє цим 
об'єктам та пристроям взаємодіяти один з одним для досягнення спільних цілей. 
Інтерес до використання технології IoT у різних галузях промисловості 
зростає. Проекти щодо впровадження промислового «Інтернету речей» вже були 
реалізовані в таких галузях, як сільське господарство, харчова промисловість, 
екологічний моніторинг, відеоспостереження та ін. Тим часом кількість публікацій 
про «Інтернет речей» також стрімко зростає. 
  
Інтернет речей можна розглядати як глобальну мережеву інфраструктуру, що 
складається з безлічі підключених пристроїв, які використовують сенсорні, 
комунікаційні, мережеві та інформаційні технології. Основною технологією для 
Інтернету речей є технологія RFID, що дозволяє мікрочіпам за допомогою 
бездротового зв'язку передавати зчитувачам ідентифікаційну інформацію. За 
допомогою RFID-зчитувачів люди можуть ідентифікувати, відстежувати та 
контролювати будь-які об'єкти, автоматично підключені за допомогою RFID-міток. 
Технологія RFID широко використовується в логістиці, фармацевтичному 
виробництві, роздрібній торгівлі та управлінні ланцюжками поставок, починаючи 
ще з 1980-х років.. Інша основна технологія для IoT — бездротові сенсорні мережі 
(WSN), які переважно використовують взаємодіючі інтелектуальні датчики 
(сенсори) для спільної роботи та моніторингу. Область їх застосування включає 
моніторинг навколишнього середовища, медичний моніторинг, виробничий 
контроль, моніторинг трафіку і т. д. 
 
Рисунок 2.1 – Технології, пов'язані з IoT 
 
Досягнення в обох технологіях (RFID та WSN) зробили значний внесок у 
розвиток «Інтернету речей». Крім того, тепер безліч інших технологій та пристроїв, 
таких як штрих-коди, смартфони, соціальні мережі та хмарні обчислення також 
використовується для формування широкої мережі підтримки IoT (рис.2.1). 
Сьогодні IoT також набирає популярності в логістиці, різних галузях 
промисловості, роздрібній торгівлі та фармацевтиці. У зв'язку з розвитком 
бездротового зв'язку, смартфонів та датчиків мережевих технологій все більше і 
більше мережевих «речей», або «розумних» об'єктів, беруть участь у IoT. В 
результаті всі ці IoT-технології значно впливають на нові інформаційні та 
комунікаційні технології (ІКТ) та технології корпоративних систем. 
Щоб забезпечити високу якість послуг для кінцевих користувачів, в рамках 
Інтернету речей повинні бути розроблені технічні стандарти, специфікації, що 
визначають обмін інформацією та її обробку, а також зв'язки між речами. Успіх у 
використанні IoT залежить від стандартизації, яка забезпечить 
інтероперабельність, сумісність, надійність та ефективну роботу у світовому 
масштабі. Багато країн та організацій зацікавлені у розробці стандартів для IoT, 
оскільки це може принести величезну економічну вигоду у майбутньому. Сьогодні 
Міжнародна телекомунікаційна спілка, Міжнародна електротехнічна комісія, 
Міжнародна організація зі стандартизації, Інститут інженерів електротехніки та 
електроніки, Європейський Комітет з електротехнічної стандартизації, Китайський 
інститут з електронних стандартів та Американський національний інститут 
стандартів займаються розробкою різних стандартів для «Інтернету речей». При 
цьому необхідно узгоджувати стандартизації різних організацій із міжнародними 
стандартами, а також національними та регіональними організаціями зі 
стандартизації. Завдяки створенню загальноприйнятих стандартів розробники та 
споживачі зможуть використовувати додатки та сервіси IoT у великих масштабах 
за збереження розвитку та витрат (на технічне обслуговування) у довгостроковій 
перспективі. Стандартизація технологій IoT також прискорить їхнє поширення. 
Сьогодні багато країн вкладають великі кошти в ініціативи в галузі IoT. 
Наприклад, уряд Великобританії розпочав реалізацію проекту з розвитку IoT 
вартістю в 5 млн фунтів. У ЄС Європейський дослідний кластер IoT (IERC) FP7 
запропонував низку проектів для «Інтернету речей», а також створив Міжнародний 
IoT-форум для розробки спільної стратегії та технічного бачення використання IoT 
у Європі. У свою чергу Китай має намір відігравати провідну роль у встановленні 
міжнародних стандартів для технологій «Інтернету речей». У США компанія IBM 
та Фонд Інформаційних Технологій та Інновацій (ITIF) повідомляли ще в 2009 р., 
що IoT може стати ефективним способом для покращення традиційної фізичної та 
інформаційної технологічної інфраструктури, а також вплине на продуктивність та 
інновації. Японія запустила стратегії u-Японія та i-Японія у 2008 та 2009 роках. 
відповідно, щоб використати «Інтернет речей» у повсякденному житті. 
  
2.2 Сервіс-орієнтована архітектура (SOA) для Інтернету речей (IoT) 
 
Як ключова технологія інтеграції гетерогенних систем або пристроїв, SOA 
може бути застосована для підтримки Інтернету речей. SOA успішно 
використовується в таких науково-дослідних галузях, як хмарні обчислення, 
бездротові сенсорні мережі (WSN) та транспортні мережі. Чимало ідей було 
запропоновано для створення багаторівневих архітектур SOA для «Інтернету 
речей» відповідно до обраної технології, потреб бізнесу та технічних вимог. 
Наприклад, рекомендована Міжнародною телекомунікаційною спілкою 
архітектура IoT складається з п'яти різних рівнів (або шарів): виявлення, доступ, 
мережне підключення, проміжне програмне забезпечення, шар додатків. Інженери 
пропонують розділити системну архітектуру IoT на три основні шари: рівень 
сприйняття, мережевий рівень та сервісний (або прикладний) рівень. Розроблено 
для «Інтернету речей» тришарову модель архітектури, яка складається з 
прикладного рівня, мережного рівня та шару зондування. Запропоновано 
інфраструктуру додатків IoT, яка містить фізичний рівень, транспортний рівень, 
рівень проміжного програмного забезпечення, а також шар додатків.  
Таблиця 2.1 
Чотирьохрівнева архітектура для «інтернету речей» 
Рівень Опис 
Рівень інтегрований з відповідними апаратними засобами (RFID, 
Рівень 
датчиками, виконавчими механізмами і т.д.), для того щоб 
зондування 
розрізняти/контролювати фізичний світ і збирати відповідні дані. 
Мережевий Рівень забезпечує базову мережеву підтримку і передачу даних по 
рівень бездротовій або дротовій мережі. 
Сервісний На цьому рівні створюються сервіси та здійснюється керування 
рівень ними. 
Інтерфейсний рівень забезпечує взаємодію між користувачами і сторонніми 
рівень застосунками. 
 
Функціональні можливості чотиришарової SOA для IoT наведені в таблиці 
2.1. Таблиця 2.2 ілюструє проектування архітектури програм промислового 
«Інтернету речей».  
Таблиця 2.2  
Проектування додатків промислового «інтернету речей» 
Мета розробки Опис 
Як довго можуть IoT-пристрої працювати с обмеженим 
Енергія 
електроживленням? 
Скільки часу потрібно для передачі та обробки 
Час очікування 
повідомлення? 
Продуктивність Який максимум даних, які можна передати через мережу? 
Масштабованість Скільки пристроїв підтримується? 
Топологія Хто і з ким має взаємодіяти? 
Надійність та безпека Наскільки надійний та безпечний додаток? 
Архітектура «Інтернету речей» охоплює мережі та комунікації, «розумні» 
об'єкти, веб-сервіси та додатки, бізнес-моделі та відповідні процеси, спільну 
обробку даних, безпеку тощо. З точки зору технології розробки архітектури 
«Інтернету речей» потрібно продумати її розширюваність, масштабованість, 
модульність та можливість взаємодії гетерогенних пристроїв. Оскільки «речі» 
можуть пересуватися або потребувати взаємодії з довкіллям в режимі реального 
часу, необхідна адаптивна архітектура. Також децентралізована та гетерогенна 
природа «Інтернету речей» вимагає, щоб його архітектура надавала різні ефективні 
можливості подій. Таким чином, SOA є добрим методом для досягнення взаємодії 
різнорідних пристроїв безліччю різних шляхів. 
Рівень зондування. 
«Інтернет речей» можна розглядати як всесвітню фізичну мережу, в якій все 
може бути пов'язане та дистанційно кероване. Оскільки дедалі більше пристроїв 
оснащується RFID- чи інтелектуальними датчиками, підключення «речей» стає 
дедалі простіше. На рівні зондування бездротові смарт-системи з мітками або 
датчиками тепер можуть автоматично розпізнаватись та обмінюватись 
інформацією з різними пристроями. У деяких галузях промисловості вже 
розгорнуто схеми інтелектуальних служб, а універсальні унікальні ідентифікатори 
(UUID) призначаються кожному необхідному сервісу чи пристрою. Пристрій з 
UUID можна легко виявити та ідентифікувати, тому ідентифікатори UUID мають 
вирішальне значення для успішного розгортання сервісів у такій величезній 
мережі, як Інтернет речей. 
Мережевий рівень 
Роль мережевого рівня полягає в тому, щоб поєднати всі «речі» докупи і 
дозволити пристроям ділитися інформацією з іншими пов'язаними «мовами». Крім 
того, мережний рівень здатний агрегувати інформацію з існуючих ІТ-
інфраструктур (наприклад, бізнес-систем, транспортних систем, електромереж, 
систем охорони здоров'я, інформаційних та комунікаційних систем тощо). У сервіс-
орієнтованому «Інтернеті речей» сервіси, що надаються «мовами», зазвичай 
розгортаються в гетерогенній мережі, і всі пов'язані «речі» заносяться до сервісів 
Інтернету. Цей процес може включати управління якістю обслуговування сервісу 
(QoS) і службу контролю відповідно до вимог користувачів або додатків. З іншого 
боку, важливим для мережі, що динамічно змінюється, є автоматичне виявлення і 
зіставлення карти «речей» в мережі. Пристрої автоматично повинні призначати 
ролі для розгортання, управління та планування поведінки таким чином, щоб 
можна було перемикатися на будь-яку іншу роль у будь-який час у міру 
необхідності. Ці можливості дозволяють пристроям виконувати завдання спільно. 
При проектуванні мережного рівня «Інтернету речей» розробники повинні 
вирішити питання вибору технології мережевого управління для неоднорідних 
мереж (наприклад, фіксованої, бездротової, мобільної тощо), ефективності 
використання енергії в мережах, вимог QoS (якості сервісів), служб виявлення та 
вилучення даних та обробки сигналу, а також безпеки та конфіденційності. 
Сервісний рівень 
Сервісний рівень спирається на технологію сполучного ПЗ (англ. middleware 
- проміжне, міжплатформне ПЗ), яке забезпечує функціональні можливості для 
інтеграції сервісів та додатків у сфері IoT. Технологія middleware надає «Інтернету 
речей» економічну платформу, де апаратні та програмні платформи можуть 
використовуватися повторно. В даний час різні організації займаються розробкою 
специфікацій сервісу для проміжного програмного забезпечення (middleware). 
Правильно спроектований сервісний рівень зможе визначити загальні вимоги, а 
також надати інтерфейси прикладного програмування (API) та протоколи для 
підтримки необхідних сервісів, додатків та потреб користувачів. Цей рівень також 
опрацьовує всі сервіс-орієнтовані проблеми, включаючи обмін інформацією та 
зберігання даних, управління даними, пошукові системи та комунікації. Також він 
включає наступні компоненти: 
• Служба виявлення: пошук об'єктів, які можуть надати необхідні послуги та 
інформацію найефективнішим способом. 
• Склад сервісу: увімкнення взаємодії та комунікації між зв'язаними 
«мовами» (пристроями). Використовуючи взаємовідносини між різними 
пристроями, встановлені на етапі виявлення, цей компонент знаходить необхідний 
сервіс та компонентний склад служби для планування або повторного створення 
найбільш потрібних сервісів для задоволення запиту. 
• Управління надійністю: визначає цільовий та репутаційний механізми, які 
дозволять оцінити та використовувати інформацію, надану іншими сервісами, для 
створення найбільш надійної системи. 
• Сервіси API (інтерфейсів прикладного програмування): підтримка взаємодії 
між необхідними IoT сервісами. 
Інтерфейсний рівень 
Більшість пристроїв для Інтернету речей розробляються різними 
виробниками/постачальниками, і вони не завжди дотримуються одних і тих же 
стандартів і протоколів. Через таку неоднорідність виникають проблеми взаємодії, 
пов'язані з обміном інформацією, встановленням зв'язку між пристроями та 
спільною обробкою подій різними мовами. Крім того, постійний розвиток 
пристроїв, що беруть участь в Інтернеті речей, ускладнює їх динамічне 
підключення, взаємодію, управління і відключення. Інтерфейсний профіль (IFP) 
можна розглядати як підмножину сервісних стандартів, що підтримують взаємодію 
з програмами, розгорнутими в мережі. 
Хороший інтерфейсний профіль заснований на реалізації універсального 
самоналаштування (UPnP, Universal Plug and Play), який визначає протокол для 
спрощення взаємодії з сервісами, що надаються різними пристроями  Сервіси на 
сервісному рівні запускаються безпосередньо на обмеженій мережній 
інфраструктурі для того, щоб ефективно знаходити нові сервіси додатків у міру 
того, як вони підключаються до мережі. Нещодавно для ефективної взаємодії між 
додатками та сервісами було запропоновано інтеграційну архітектуру SOCRADES 
(SIA, від європейського науково-дослідного проекту SOCRADES). Традиційно 
сервісний рівень забезпечується універсальним API для програм. Однак у 
результатах недавніх досліджень сервіс-орієнтованого Інтернету речей 
повідомляється, що процес надання послуг (SPP, service provisioning process) може 
також ефективно забезпечувати взаємодію між додатками та сервісами. SPP 
спочатку виконує типовий запит, який запитує послугу за допомогою 
універсального формату WSDL (Web Services Description Language), а потім 
використовує механізм пошуку кандидата для виявлення потенційного сервісу. 
Грунтуючись на «контексті додатків» та на «інформації про якість обслуговування 
сервісу» (QoS), всі екземпляри сервісу класифікуються, а механізм «надання послуг 
на вимогу» (On-Demand service provisioning) може бути використаний для 
ідентифікації екземпляра сервісу, який відповідає вимогам додатка . І, нарешті, 
«процес оцінки» (Process Evaluation) застосовується для визначення якості процесу. 
  
2.3 Ключові технології в IoT 
 
Технології ідентифікації та відстеження, що застосовуються в IoT, 
включають системи RFID, штрих-коди та інтелектуальні датчики. Проста RFID-
система складається з RFID-зчитувача та RFID-мітки. Завдяки здатності цієї 
системи до виявлення та відстеження пристроїв та фізичних об'єктів вона все 
частіше використовується у промислових галузях, таких як логістика, управління 
ланцюгами постачання, служба моніторингу здоров'я. Інша перевага системи RFID 
полягає у наданні точної інформації в режимі реального часу про підключені 
пристрої, що дозволяє скоротити витрати на робочу силу, спростити бізнес-
процеси, підвищити точність інформації про обладнання та в результаті поліпшити 
загальну економічну ефективність. 
На даний момент розвиток технологій RFID фокусується на таких аспектах: 
1) активні RFID-системи з розширеним спектром передачі;  
2) технологія управління RFID-додатками. 
Також існує багато можливостей для розвитку RFID-додатків. Наприклад, 
RFID-технологія може бути інтегрована з WSN для кращого виявлення «речей» та 
стеження за ними в режимі реального часу. Бездротові інтелектуальні сенсорні 
технології, такі як електромагнітні датчики, біосенсори, вбудовані датчики, 
датчики тегів, незалежні теги та сенсорні пристрої, надалі сприяють впровадженню 
та розгортанню виробничих служб і додатків. За допомогою інтеграції даних, 
отриманих інтелектуальними датчиками за допомогою RFID, можуть бути створені 
потужніші програми IoT, які підходять для індустріального середовища. 
Реалізація «Інтернету речей» може містити велику кількість електронних 
апаратів, мобільних пристроїв та промислового обладнання. Різним «речам», які 
можна підключити до мережевих та комунікаційних технологій, відповідають різні 
способи комунікації, з'єднання по мережі, обробки та зберігання даних, а також 
пропускання електроенергії. Наприклад, багато смартфонів вже зараз мають 
якісний зв'язок, багаті мережеві можливості та способи обробки та зберігання 
даних, а в моніторах серцевого ритму спостерігаються лише обмежені можливості 
комунікації та обчислень. 
«Інтернет речей» включає ряд гетерогенних мереж, таких як WSN, бездротові 
еомірчасті мережі, WLAN і т.п. Вони допомагають «речам» в IoT обмінюватися 
інформацією. Мережевий шлюз може полегшити комунікацію чи взаємодію різних 
пристроїв у вигляді Інтернету, і навіть може використовувати свою «мережу знань» 
для локального виконання алгоритмів оптимізації, що дозволяє застосовувати його 
під час обробки безлічі складних аспектів комунікації у мережі. 
У «речей» можуть бути різні вимоги до якості сервісу (QoS-вимоги, англ. 
quality of service — якість обслуговування, якість сервісу) щодо продуктивності, 
енергоефективності та безпеки. Наприклад, багатьом пристроям для роботи 
потрібні акумулятори, і тому зниження енергоспоживання є однією з головних 
проблем. Навпаки, для пристроїв із постійним живленням покращення 
енергозбереження найчастіше не є першочерговим завданням. IoT також значно 
виграє від використання існуючих протоколів Інтернету, таких як IPv6, оскільки це 
дозволить безпосередньо звертатися до будь-якої кількості необхідних «речей» 
через Інтернет. Основні комунікаційні протоколи та стандарти включають 
радіочастотну ідентифікацію RFID (наприклад, ISO 18000 6c EPC Class 1 Gen 2), 
NFC, IEEE 802.11 (WLAN), IEEE 802.15.4 (ZigBee), IEEE 802. бездротові датчики 
та комірчасті мережі, малопотужні бездротові персональні просторові мережі IETF 
(6LoWPAN), міжмашині з'єднання (M2M), а також традиційні IP-технології (IP, 
IPv6 тощо). 
Для бездротових мереж існує досить багато шарів протоколів, що 
перетинаються, наприклад бездротові датчики і приводні мережі (WSAN) або ad-
hoc-мережі (AHNs). Однак вони мають бути перероблені, перш ніж підійдуть для 
застосування в Інтернеті речей. Причина в тому, що «речі» в IoT часто мають дуже 
різноманітні можливості комунікацій та обчислень, а також різні вимоги до якості 
сервісу (QoS). Вузли в WSN, як правило, мають схожі вимоги до обладнання та 
мереж зв'язку. Крім того, в мережі IoT для підтримки обміну інформацією 
використовується Інтернет, але, на відміну від WSN та AHN, Інтернет не потрібно 
«включати», щоб забезпечити з'єднання. 
Управління сервісами в «Інтернеті речей» пов'язане з їхньою реалізацією та 
якістю, які відповідають потребам користувачів та додатків. Сервіс-орієнтовану 
архітектуру (Servo-oriented Architecture, SOA) можна використовувати для 
інкапсуляції послуг, приховуючи деталі їх реалізації, наприклад використовувані 
протоколи. Це дає можливість розділити компоненти в системі і, отже, приховати 
гетерогенність кінцевих користувачів. Сервіс-орієнтована архітектура «Інтернету 
речей» дозволяє програмам використовувати різноманітні об'єкти, такі як сумісні 
сервіси. 
Більше того, динамічний характер програм «Інтернету речей» вимагає від 
нього послідовного надання надійних послуг. Ефективна сервіс-орієнтована 
архітектура може мінімізувати негативні наслідки, спричинені переміщенням 
пристрою або відмовою батареї. Хорошим прикладом є OSGi-платформа (Open 
Services Gateway Initiative - специфікація динамічної модульної системи та 
сервісної платформи для Java-додатків), яка застосовує динамічну сервіс-
орієнтовану архітектуру (dynamic SOA architecture) для розгортання 
інтелектуальних сервісів. З цією метою OSGi використовується в різних контекстах 
- наприклад, для мобільних додатків, плагінів, серверів додатків і т.д. В Інтернеті 
речей композиція сервісів на базі OSGi-платформи може бути реалізована за 
допомогою Apache Felix iPoJo. 
Сервіс являє собою збір даних, а також режими, які необхідні для виконання 
певної функції, обслуговувати пристрій або його частини. Сервіс може надаватися 
різними способами: так, він може посилатися інші первинні чи вторинні сервіси 
і/або на набір характеристик сервісу. Сервіси можна розділити на два типи: 
первинні та вторинні. Перші виконують первинні функції у вузлі IoT, і їх можна 
розглядати як основні компоненти сервісу, які можуть бути включені в інший 
сервіс. Інші можуть надавати допоміжні функції для основного сервісу або інші 
додаткові послуги. Сервіс може мати одну або кілька ознак, які визначають 
структури даних, дозволи, дескриптори та інші атрибути сервісів. У сервіс-
орієнтованому IoT сервіси можуть бути створені та розгорнуті поетапно:  
1) розвиток структурної платформи сервісів;  
2) підсумовування функціональних та комунікаційних можливостей 
пристроїв;  
3) надання єдиного комплексу сервісів. Сервіс управління ідентифікаційною 
інформацією включає управлінський контекст і класифікацію об'єктів.  
Інтернет речей також дозволяє створити дзеркало для кожного реального 
об'єкта в IoT. Крім того, IoT має сервіс-орієнтовану та пов'язану архітектуру, в якій 
віртуальні та фізичні об'єкти можуть взаємодіяти між собою. Сервіс-орієнтований 
IoT дозволяє кожному з компонентів пропонувати свої функціональні 
характеристики як стандартні сервіси, що значно підвищує ефективність як усіх 
пристроїв, так і мереж, що беруть участь в Інтернеті речей. 
  
  
2.4 Ключові програми IoT в промисловості 
 
IoT-додатки поки що знаходяться на відносно ранній стадії розвитку. Проте 
«Інтернет речей» використовується дедалі частіше. Досить багато програм для IoT 
розробляється та/або вже використовується для моніторингу навколишнього 
середовища, у службах охорони здоров'я, управлінні товарними запасами та 
продукцією, а також у сферах, пов'язаних з продуктами харчування, транспортом, 
підтримкою робочих місць та будинків, забезпеченням безпеки та 
відеоспостереження. Ми фокусуємося саме на промислових програмах IoT, для 
розробки яких необхідно вирішити кілька завдань. Залежно від передбачуваної 
сфери застосування дизайнерам потрібно знайти певний компроміс для досягнення 
балансу між витратами та вигодами. Нижче наведено деякі програми IoT в 
промисловості. 
Використання IoT у гірничому виробництві 
Безпека на шахтах є великою проблемою для багатьох країн у зв'язку з 
умовами праці на підземних рудниках. З метою запобігання та зменшення кількості 
нещасних випадків необхідно використовувати технології IoT, які зможуть 
приймати аварійні сигнали із шахти. За допомогою RFID, Wi-Fi та інших 
технологій та пристроїв бездротового зв'язку, що забезпечують ефективну 
взаємодію між наземним та підземним просторами, гірничодобувні компанії 
зможуть відстежувати місцезнаходження шахтарів та аналізувати критично 
важливі дані щодо безпеки, отримані від датчиків. Ще одним корисним додатком є 
хімічні та біологічні сенсори, що застосовуються для діагностики та раннього 
визначення захворювань у шахтарів, що особливо важливо, оскільки вони 
працюють у небезпечних умовах. Ці сенсори можна використовувати для 
отримання біологічної інформації про стан людського тіла та органів, для 
виявлення небезпечного пилу, шкідливих газів та інших факторів навколишнього 
середовища, які можуть спричинити нещасні випадки. Проблема використання всіх 
цих технологій полягає в тому, що бездротовим пристроям потрібна енергія, яка 
може призвести до вибуху газу в шахті. Таким чином, необхідні додаткові 
дослідження характеристик безпеки IoT-пристроїв, що використовуються у 
гірничорудній промисловості. 
Використання IoT у сфері охорони здоров'я  
Інтернет речей дає нові можливості для покращення охорони здоров'я. За 
всієї підтримки ідентифікації, зондування та комунікаційних можливостей 
«Інтернету речей» всі об'єкти системи охорони здоров'я (люди, техніка, препарати 
тощо) можна постійно відстежувати та контролювати. Глобальний зв'язок 
«Інтернету речей» дозволяє всі медичні відомості (забезпечення, діагностика, 
терапія, одужання, ліки, управління, фінанси та навіть добова активність) зібрати, 
обробити та ефективно використати. Наприклад, можна вимірювати частоту 
серцевих скорочень пацієнта за допомогою датчиків, а потім відправляти до 
кабінету лікаря. При використанні персональних обчислювальних пристроїв 
(ноутбук, мобільний телефон, планшет тощо) та мобільного доступу до Інтернету 
(Wi-Fi, мережі 3G, LTE тощо) медичні служби, що базуються на IoT, стають 
мобільними та персональними. Широке поширення сервісів мобільного Інтернету 
прискорює розвиток заснованих на Інтернеті речей послуг охорони здоров'я вдома. 
Але наразі цьому перешкоджають проблеми, пов'язані з безпекою та 
конфіденційністю. 
Використання IoT у ланцюжках постачання харчових продуктів  
Сьогодні ланцюжки постачання харчових продуктів (Food Supply Chains, 
FSC) широко поширені. Вони мають складні робочі процеси, мають значні 
географічні та часові масштаби, а також можуть включати велику кількість 
учасників. Їхня складність викликала багато питань щодо управління якістю, 
оперативності та громадської безпеки харчових продуктів. Великий потенціал для 
вирішення проблем відстежуваності, прозорості та контролю відкрили технології 
IoT. Вони можуть захистити мережі FSC у так званих ланцюжках «від ферми до 
тарілки»: від високоточного сільського господарства до виробництва продуктів 
харчування, їхньої обробки, зберігання, розподілу та споживання. У майбутньому 
слід очікувати на появу більш безпечних, ефективних і стійких FSC. Типове 
рішення «Інтернету речей» для FSC (т. зв. харчового IoT) складається з трьох 
частин: 
 a) польових пристроїв, таких як вузли бездротової сенсорної мережі (WSN), 
зчитувачі RFID-міток, термінали інтерфейсу користувача і т. д.;  
б) магістральної системи, що включає бази даних, сервера та термінали 
багатьох видів, підключених до розподілених комп'ютерних мереж тощо;  
в) інфраструктури зв'язку, такої як бездротова локальна мережа (WLAN), 
стільниковий, супутниковий зв'язок, лінії електропередач, Ethernet і т. д.  
Крім цього, IoT також надає ефективні функції зондування для відстеження 
та контролю процесів виробництва продуктів харчування. 
Використання IoT в галузі транспорту та логістики 
Роль «Інтернету речей» у транспортній та логістичній галузях промисловості 
стає дедалі значимішою. Оскільки все більше і більше фізичних об'єктів 
оснащуються штрихкодами, RFID-метами або датчиками, транспортні та 
логістичні компанії можуть відстежувати в реальному часі рух фізичних об'єктів 
від вихідного пункту до місця призначення по всьому ланцюжку поставок, 
спостерігаючи за виробництвом, доставкою, дистриб'юцією тощо. Крім того, 
очікується, що IoT надасть перспективні рішення для перетворення транспортних 
систем та автомобільних сервісів. Оскільки засоби пересування мають все більш 
потужні мережеві та комунікативні можливості, а також засоби зондування та 
обробки даних, «Інтернет речей» можна використовувати як для їх поліпшення, так 
і для того, щоб ділитися ресурсами, що мало використовуються, з іншими 
автомобілями на парковці або на дорозі. 
Наприклад, інтелектуальна інформаційна система (iDrive), нещодавно 
розроблена компанією BMW, використовує різні датчики та мітки для моніторингу 
обстановки, зокрема відстеження розташування транспортного засобу та 
забезпечення схеми проїзду. Розроблено інтелектуальну систему моніторингу для 
контролю температури та вологості всередині вантажівок-рефрижераторів за 
допомогою RFID-міток, датчиків та бездротових комунікаційних технологій. У 
найближчому майбутньому ми побачимо розвиток автомобільного автопілота, 
який зможе виявляти пішоходів чи інші транспортні засоби, а також маневрувати 
таким чином, щоб уникнути зіткнення. Також для широкого застосування 
«Інтернету речей» у сфері транспорту та логістики важливими є безпека та захист 
конфіденційності, оскільки багато водіїв побоюються витоку інформації та 
вторгнення у приватне життя. Розумні зусилля за допомогою технологій, законів та 
регулювання будуть необхідні для запобігання несанкціонованому доступу або 
розкриття конфіденційних даних. 
Використання IoT для пожежогасіння 
«Інтернет речей» вже використовується в галузі пожежної безпеки для 
виявлення загорянь та раннього попередження можливих стихійних лих, 
пов'язаних із пожежами. У Китаї RFID-мітки та/або штрих-коди зв'язуються із 
засобами пожежогасіння для організації загальнонаціональної протипожежної 
інформаційної бази даних та систем управління. Завдяки використанню RFID-
міток, мобільних RFID-зчитувачів, а також інтелектуальних відеокамер, сенсорних 
та бездротових мереж, управління пожежогасіння та прирівняні до них організації 
можуть виконувати автоматичну діагностику, щоб здійснювати в режимі реального 
часу моніторинг навколишнього середовища для раннього попередження пожеж та 
проведення необхідних аварійно-рятувальних заходів. Дослідники в Китаї також 
використовують технології IoT, щоб вивести на новий рівень систему 
автоматичного протипожежного оповіщення з метою підвищення керування 
загораннями та іншими надзвичайними ситуаціями. Нещодавно продемонстрували 
інфраструктуру IoT-додатків, які використовуються для управління 
надзвичайними ситуаціями в Китаї. Інфраструктура цих IoT-додатків містить рівні 
зондування, передачі, підтримки, а також платформний та прикладний. IoT-
інфраструктура розроблена таким чином, щоб інтегрувати локальні та специфічні 
галузеві системи. Наразі актуальною у цій галузі є проблема створення стандартів 
для протипожежного «Інтернету речей». 
  
  
2.5 Дослідницькі проблеми та майбутні тенденції 
 
Загальновизнано, що технології та програми «Інтернету речей» поки що 
перебувають у зародковому стані. Все ще залишається безліч наукових проблем 
впровадження IoT у промисловість щодо технологій, стандартизації, безпеки та 
конфіденційності. У майбутньому необхідно прагнути їх вирішення, вивчаючи 
особливості різних галузей промисловості, щоб забезпечити оптимальне 
використання IoT-пристроїв в промислових умовах. Галузеву специфіку та вимоги 
до таких факторів, як вартість, безпека, конфіденційність та ризики, необхідно 
усвідомити ще до того, як Інтернет речей почне широко використовуватися в 
промисловості. 
Технічні проблеми 
Хоча вже було проведено чимало досліджень із технологій IoT, залишається 
ще достатньо технічних проблем. 
1. Дизайн сервіс-орієнтованої архітектури (SOA) для IoT завдає певних 
труднощів, оскільки сервіс-орієнтовані «речі» можуть постраждати від своєї 
продуктивності та цінових витрат. Також, у міру того, як все більше і більше 
фізичних об'єктів підключається до мережі, часто виникають проблеми з 
масштабованістю на різних рівнях, включаючи передачу даних та роботу по 
мережі, обробку даних та управління, а також забезпечення сервісів. 
2. «Інтернет речей» є дуже складною гетерогенною мережею, що включає 
з'єднання між різними типами мереж за допомогою різних комунікаційних 
технологій. В даний час відсутня загальноприйнята єдина платформа, яка приховує 
неоднорідність виділених мережевих/комунікативних технологій та забезпечує 
прозорість іменованих сервісів для різних програм. Передача великих за обсягом 
даних через мережу водночас може стати причиною частих затримок, конфліктів і 
комунікативних проблем. Ця задача може бути вирішена шляхом збирання даних 
за допомогою великої кількості пристроїв. Управління пов'язаними «речами» з 
погляду полегшення взаємодії суб'єктів та адміністрування адресації, ідентифікації 
та оптимізації пристроїв на рівнях архітектури та протоколів є одним із важливих 
дослідницьких завдань. 
3. Відсутність загальноприйнятої мови опису утруднює розвиток сервісу та 
ускладнює інтеграцію ресурсів фізичних об'єктів у послуги, що приносять 
додатковий дохід (VAS-сервіси). Розвинені послуги можуть бути несумісні з 
різним комунікаційним та впровадженим оточенням. Крім того, для поширення 
технології IoT повинні бути розроблені потужні методи виявлення сервісів та 
служби іменування об'єктів. 
4. Оскільки "Інтернет речей" часто розвивається на основі традиційного ІКТ-
оточення і на нього впливає все, що підключено до мережі, потрібно багато роботи, 
щоб провести інтеграцію IoT з існуючими, у тому числі застарілими, ІТ-системами 
в єдину інформаційну інфраструктуру . Крім цього, велика кількість підключених 
до Інтернету пов'язаних «речей» автоматично відтворюватиме в режимі реального 
часу величезний потік даних, які не матимуть особливого сенсу, якщо люди не 
зможуть знайти ефективний спосіб їх аналізу та розуміння. Аналіз чи осмислення 
великих обсягів даних, що генеруються як додатками IoT, так і існуючими ІТ-
системами, вимагатиме серйозних навичок, і це може виявитися складним для 
багатьох кінцевих користувачів. Крім того, для інтеграції IoT-пристроїв із 
зовнішніми ресурсами, такими як існуючі програмні системи та веб-сервіси, 
необхідні розробки різного проміжного ПЗ, оскільки програми сильно 
відрізняються за галузями. Вибудовування практичних додатків, у яких різнорідні 
та залежні від «Інтернету речей» дані комбінуються зі звичайними, може бути 
складним завданням для різних галузей промисловості. 
Стандартизація 
Швидкий розвиток Інтернету речей ускладнює стандартизацію. Однак саме 
вона відіграє важливу роль у подальшому становленні та розповсюдженні 
«Інтернету речей». Стандартизація в IoT покликана знизити бар'єри для входу 
нових постачальників сервісів та користувачів, служить для покращення взаємодії 
різних програм та сервісів, а також для забезпечення кращої якості продуктів чи 
сервісів вищого рівня. Достатня координація зусиль у процесі стандартизації 
забезпечить пристроям та програмам з різних країн можливість обмінюватися 
інформацією. Різні стандарти, що використовуються в IoT (наприклад, стандарти 
безпеки, зв'язку та ідентифікації), можуть стати ключовими факторами для 
поширення та розробки технологій IoT. До специфічних питань у галузі 
стандартизації «Інтернету речей» належать проблеми сумісності, рівня 
радіодоступу, семантичної інтероперабельності, а також безпеки та 
конфіденційності. Крім того, рекомендується розробити і галузеві стандарти чи 
інструкції для спрощення інтеграції різних сервісів під час впровадження 
«Інтернету речей» у промисловість. 
Інформаційна безпека та захист конфіденційності 
Широке поширення нових технологій та сервісів «Інтернету речей» багато в 
чому ґрунтуватиметься на інформаційній безпеці та захисті конфіденційності 
даних, які стають проблематичними в IoT через особливості їх розгортання, 
мобільності та комплексності. Багато технологій, що існують сьогодні, доступні 
для побутового використання, але не підходять для промислових додатків, в яких 
пред'являються підвищені вимоги щодо безпеки. Існуючі технології шифрування, 
запозичені з WSN (бездротової сенсорної мережі) або інших мереж, повинні бути 
ретельно перевірені перед їх використанням для захисту інформації при реалізації 
Інтернету речей. Так як IoT дозволяє багато повсякденних речей відстежувати, 
моніторити і пов'язувати, значна кількість особистої та персональної інформації 
може збиратися автоматично. Захист приватності в середовищі «Інтернету речей» 
стане серйознішим, ніж у традиційному середовищі ІКТ, оскільки кількість 
векторів атак на «речі» IoT, мабуть, буде набагато більшою. Наприклад, монітор 
здоров'я збиратиме дані пацієнта, такі як частота серцевих скорочень і рівень цукру 
в крові, а потім надсилатиме інформацію безпосередньо до кабінету лікаря по 
мережі. При цьому вона може бути вкрадена чи зламана. Інший приклад - 
біодатчик, який використовується в харчовій промисловості. Він може 
застосовуватися для моніторингу температури та бактеріального складу продуктів 
харчування, що зберігаються у холодильнику. Коли щось псується, дані про це 
надсилаються до компанії через мережу. Проте така інформація має бути суворо 
конфіденційною, щоб захистити репутацію харчової компанії. Слід зазначити, що 
деякі питання, такі як визначення конфіденційності в IoT та її юридичне 
тлумачення, як і раніше, чітко не визначені. Незважаючи на те, що вже існують 
мережеві технології безпеки, для забезпечення основ конфіденційності та безпеки 
в IoT доведеться зробити ще багато роботи. Насамперед необхідно вивчити такі 
аспекти:  
1) визначення безпеки та конфіденційності із соціальної, правової та 
культурної точок зору;  
2) механізм довіри та репутації;  
3) безпека зв'язку - зокрема, наскрізне шифрування (end-to-end);  
4) конфіденційність листування та даних користувача;  
5) захист сервісів та додатків. 
Напрями досліджень 
Підхід до розвитку інфраструктури «Інтернету речей» буде поетапним, що 
включає розширення існуючих методів ідентифікації, таких як RFID. При цьому 
для вирішення безлічі вищеописаних проблем необхідні міжнародне 
співробітництво та високий рівень системної перспективи. У зв'язку з цим ми 
визначили, крім зазначених, деякі напрями дослідження. 
1. Інтеграція соціальних мереж з IoT-рішеннями. Останнім часом виник 
великий інтерес до використання соціальних мереж для покращення комунікацій 
між різними «IoT-мовами». Нещодавно групою вчених було запропоновано нову 
парадигму — соціальний «Інтернет речей» (SIoT). Також спостерігається тенденція 
переходу від «Інтернету речей» до нового напрямку, що називається «Веб речей» 
(Web of Things), який дозволить IoT-об'єктам стати акторами та рівноправними 
учасниками процесів у Всесвітньому павутинні. 
2. Розробка "зелених" IoT-технологій. Так як «Інтернет речей» включає 
мільярди підключених через бездротову мережу комунікативних датчиків, 
споживана ними потужність викликає велику тривогу і обмежує використання 
«Інтернету речей». Поліпшення енергозбереження має стати найважливішою 
метою для розробників IoT-пристроїв, насамперед бездротових датчиків. 
3. Розробка контекстно залежних рішень сполучного програмного 
забезпечення IoT. Коли мільярди датчиків підключено до Інтернету, для людини 
стає неможливим обробити всі дані, зібрані цими датчиками. Контекстно залежні 
техніки обчислень, такі як сполучне програмне забезпечення IoT, призначені для 
кращого розуміння даних з датчиків та допомоги у відборі інформації для обробки. 
В даний час більшість програмного забезпечення IoT не має можливостей для 
усвідомлення контексту. Європейський Союз назвав контекстну залежність 
важливою областю досліджень IoT та вказав терміни для проведення комп'ютерних 
досліджень та розробки контекстно-залежного «Інтернету речей». 
4. Застосування методів штучного інтелекту до створення розумних «речей». 
Деякі дослідники пропонують створити «Інтернет розумних речей», внісши 
штучний інтелект у «речі» та комунікаційні мережі. На думку, майбутні системи 
IoT повинні мати такі характеристики, як «самоконфігурування, само-оптимізація, 
самозахист і самозцілення». У майбутньому «розумні» речі стануть ще 
розумнішими, контекстно залежні, матимуть велику пам'ять і широкі можливості 
обробки, а також здатність міркувати. 
5. Об'єднання «Інтернету речей» та хмарних обчислень. Хмари – хороший 
спосіб підключення «речей», вони можуть надати нам доступ до різних «мов» через 
Інтернет. Подальші дослідження будуть зосереджені на впровадженні нових 
моделей та платформ, які забезпечать «зондування як сервіс» у хмарах. 
 
  
3. МЕТОДОЛОГІЯ ПРОЕКТУВАННЯ КОМІРКОВИХ МЕРЕЖ ДЛЯ 
ПРОМИСЛОВОГО ІНТЕРНЕТУ РЕЧЕЙ 
 
3.1 Особливості впровадження промислового інтернету речей на 
підприємстві 
 
Промисловий «Інтернет речей» поєднує корпоративні інформаційні 
технології з технологічними операціями та виробничими процесами. Це дає 
можливість виробникам отримувати та бачити оперативну інформацію в реальному 
часі, причому важливо, що дані надходять потрібному оператору у потрібному 
місці та у потрібний час. Перехід на технологію IIoT дозволяє відстежувати 
поточний стан активів та діяти на випередження, не чекаючи критичної відмови. 
Тобто планувати технічне обслуговування на підставі прогнозів, що економить 
людські та матеріальні ресурси. Такий перехід дозволяє збільшити доходи 
підприємства за рахунок оптимізації продуктивності на основі даних та нових 
сервісів. 
Програми IIoT мають велике навантаження на мережі, в яких вони працюють. 
Адже друге "I" у IIoT - це "Інтернет", без якого IIoT не може існувати. І це не просто 
Інтернет, а всі його складні послуги. В «індустріальному» додатку — це дані, 
голосові повідомлення, відео та команди управління, і, звичайно, все це потребує 
надійного, зокрема широкосмугового, доступу. 
Для того щоб використовувати можливості та переваги підключення IIoT, у 
рамках підприємства необхідно реалізувати багаторівневу систему зв'язку, що 
містить низку технологій. А саме локальну мережу (LAN) на заводі та в офісах, 
внутрішній або зворотний зв'язок, розташований між корпоративною локальною 
мережею та широкосмуговим зв'язком, широкосмугове бездротове рішення, яке 
може бути двоточковим (point-to-point, PtP — точка-у-точку) або багатоточковим 
(point-to-multipoint, PtMP - точка в точки). Все це може бути реалізовано, 
наприклад, з використанням технології стільникового зв'язку LTE або оптоволокна. 
На рівні технологічного та виробничого процесу, швидше за все, знадобиться 
система SCADA або інша система управління та диспетчеризації, без яких сучасне 
підприємство вже важко собі уявити (рис. 1). 
 
Рисунок 3.1 - Індустріальний «Інтернет речей» у межах підприємства охоплює всі 
його виробничі та технологічні процеси 
 
SCADA (аббр. від англ. supervisory control and data acquisition, диспетчерське 
управління та збір даних) - програмний пакет, призначений для розробки або 
забезпечення роботи в реальному часі систем збору, обробки, відображення та 
архівування інформації про об'єкт моніторингу або управління. 
SCADA може бути частиною АСУ ТП, АСКУЕ, BMS і т. д. SCADA-системи 
використовуються у всіх галузях господарства, де потрібно забезпечувати 
операторський контроль за технологічними процесами у реальному часі. 
SCADA системи в ієрархії програмного забезпечення систем промислової 
автоматизації забезпечують виконання таких основних функцій: 
1. Прийом інформації про контрольовані технологічні параметри від 
контролерів нижніх рівнів та датчиків. 
2. Збереження прийнятої інформації у архівах. 
3. Вторинна обробка прийнятої інформації. 
4. Графічне представлення ходу технологічного процесу, а також прийнятої 
та архівної інформації у зручній для сприйняття формі. 
5. Прийом команд оператора та передача їх у контролери нижніх рівнів та 
виконавчих механізмів. 
6. Реєстрація подій, пов'язаних з контрольованим технологічним процесом та 
діями персоналу, відповідального за експлуатацію та обслуговування системи. 
7. Оповіщення експлуатаційного та обслуговуючого персоналу про виявлені 
аварійні події, пов'язані з контрольованим технологічним процесом та 
функціонуванням програмно-апаратних засобів АСУ ТП з реєстрацією дій 
персоналу в аварійних ситуаціях. 
8. Формування зведень та інших звітних документів на основі архівної 
інформації. 
9. Обмін інформацією з автоматизованою системою управління 
підприємством (або, як її прийнято називати зараз, комплексною інформаційною 
системою). 
10. Безпосереднє автоматичне керування технологічним процесом відповідно 
до заданих алгоритмів. 
Структурно, SCADA-система включає три основні поняття: 
• Віддалений термінал, який здійснює обробку завдання (управління) у 
режимі реального часу. Ним виступає широкий спектр обладнання, починаючи від 
примітивних датчиків, що здійснюють знімання інформації з об'єкта, до 
програмованих логічних контролерів, що здійснюють обробку інформації та 
управління в режимі жорсткого реального часу. 
• Диспетчерський пункт управління – АРМ (автоматизоване робоче місце 
оператора). Здійснює обробку даних та управління процесом. Одна з основних 
функцій – забезпечення інтерфейсу між людиною та системою (HMI). Залежно від 
конкретної системи диспетчерський пункт реалізується у найрізноманітнішому 
вигляді, від одиночного комп'ютера з додатковими пристроями підключення до 
каналів зв'язку до великих серверних систем та мережних робочих станцій 
підприємства. 
• Комунікаційна система – канали зв'язку, що забезпечують передачу даних з 
віддалених точок (об'єктів, терміналів) на центральний диспетчерський пункт. 
 
Рисунок 3.2 – Структура SCADA-системи 
 
Завдання, що покладаються на SCADA системи, виходять далеко за межі 
локальних об'єктів автоматизації. Так, з їхньою допомогою реалізуються всілякі 
розподілені структури управління підприємством, аналітична діяльність, планове 
виробництво, віддалений моніторинг, WEB-доступ тощо. 
 
Рисунок 3.3 -Завдання сучасної SCADA-системи 
 
Сучасна SCADA – це не лише диспетчеризація, а й PLC-Soft логіка, HMI, 
MES. Використання SCADA-технологій дозволяє не лише збільшити 
продуктивність виробництва, підвищити якість продукції, оптимізувати режими 
використання наявного обладнання, а й реалізувати високонадійні системи 
автоматизації, що відповідають найвищим вимогам безпеки. 
Але проблема у тому, що у підприємствах вже є успадкована кабельна 
структура, розширення якої недоцільно через високу вартість, а часто просто 
нереально. Вирішити проблему можна за допомогою широкосмугового 
бездротового рішення, коли датчики та актуатори (органи управління) 
об'єднуються в одну систему. Однак і на цьому шляху є перешкоди, оскільки 
фактично це пов'язано з певними труднощами, пов'язаними з тим, що можливості 
стільникових мереж не безмежні. І хоча мережі LTE мають переваги для деяких 
випадків використання, включаючи бездротове підключення споживчого рівня, 
вони не здатні підтримувати всі вимоги IIoT. 
Основна проблема полягає в тому, що у технології LTE її різні вузли 
виконують різні функції. Вузли інфраструктури діють як точки доступу, а мобільні 
вузли можуть передавати дані лише вузлам інфраструктури і вже через них один 
одному. Таким чином, пристрої LTE не можуть передавати дані безпосередньо або 
зв'язуватися з іншим клієнтським пристроєм LTE, не зв’язавшись спочатку з 
інфраструктурою (стільниковим вузлом), потім з комутатором і не повернувши 
дані назад. Мережі LTE спроектовані із великою інфраструктурою для 
максимального охоплення. Башти для встановлення приймально-передаючих 
антен високі, тому їх не так багато на всій території, що іноді створює проблеми з 
покриттям цих мереж. 
У LTE-мереж є і проблеми із затримкою. Вони достатні для таких додатків, 
як інтелектуальне вимірювання, де поточні дані передаються за часовим графіком, 
але цієї технології не вистачає гнучкості для підтримки платформ IIoT, яким 
необхідне функціонування в реальному часі, наприклад, у додатках міжмашинної 
взаємодії (M2M, Machine-to-Machine) загальна назва технологій, що дозволяють 
машинам обмінюватися інформацією між собою або передавати її в 
односторонньому порядку або в умовах автономного функціонування.  
Можна сказати, а ось прийде 5G – і ми зможемо реалізувати задумане. Для 
того, щоб налаштувати рішення 5G, необхідно створити інфраструктуру. При 
роботі 5G сигнали використовують нові смуги радіочастот, що потребує оновлення 
радіо- та іншого обладнання на вежах стільникового зв'язку. Залежно від типу 
активів, до яких стільникові оператори можуть отримати доступ, у ряді випадків 
рішення 5G можуть використовувати існуючі мережі 4G, що дозволить створити 
гібридну архітектуру 4G/5G. Однак це величезні інвестиції. Більше того, необхідно 
радикально змінити організацію та архітектуру у бік базової мережі 5G, яка 
повністю орієнтована на хмарні технології та віртуалізацію – це перехід від 
фізичної інфраструктури до парадигми мережі як послуги. 
Крім того, проблему часової затримки використання технології 5G не 
вирішує, оскільки ідеологія цієї мережі залишається такою самою, що й у мережах 
LTE, — окремі пристрої зв'язуються лише через базову станцію. Різниця лише в 
тому, що тепер це не блок на величезній вежі з антенами, а невеликий пристрій. 
Але таких невеликих базових станцій потрібно багато, і, відповідно, тут 
знадобляться значні вкладення в інфраструктуру. До того ж технологія 5G 
організує первинне з'єднання через канал LTE (з антенами з круговою діаграмою 
направленості) і потім направляє вузький промінь діаграми направленості на той 
чи інший пристрій (термінал). 
Отже, можна зробити висновок, що кабельні мережі підприємств для 
впровадження IIoT недостатньо розвинені, а ємності каналів стільникового зв'язку 
LTE вже не вистачає, використання технології 5G перспективне, воно розширить 
ємність каналів стільникового зв'язку в сотні, якщо не в тисячі разів, але всіх 
проблем IIoT 5G не вирішить, особливо через непрогнозовані часові затримки. 
Крім того, не забуваємо, що провайдерам мереж стільникового зв'язку потрібно 
платити. Як вихід - використовувати свої мережі комірчастої топології (mesh-
мережа). 
  
3.2 Комірчасті мережі як основа для IIoT 
 
Як вже було сказано, подолати проблеми IIoT, які неможливо вирішити за 
допомогою технології стільникового зв'язку, може класична мережа — мережна 
топологія комп'ютерної мережі, побудована на принципі комірок, де робочі станції 
з'єднуються одна з одною і здатні брати на себе роль комутатора для інших 
учасників . Або такий тип мережі, як кінетична сітка, наприклад розроблена 
компанією Rajant і звана кінетичною сіткою (рис.3.4). За допомогою кінетичної 
сітки вузли безперервно і миттєво направляють дані по найкращому доступному на 
даний момент шляху для трафіку з урахуванням частоти [5]. 
 
Рисунок 3.4 – Кінетична мережа 
 
Кінетична мережа використовує всі доступні частоти та шляхи для виконання 
функцій, що дозволяє їй доставляти дані з малою затримкою для підтримки 
додатків IIoT з високою пропускною здатністю в реальному часі. 
Кожен вузол може підтримувати кілька одночасних підключень, при цьому 
жодне вже створене підключення не повинно розриватися для створення нових. 
Мережеве програмне забезпечення «точка в точку» працює на кожному вузлі, що 
дозволяє динамічно направляти трафік через найкоротший шлях з доступних в 
даний момент. Мережа самооптимізується в міру переміщення вузлів та оновлення 
умов, реагуючи на зміни в топології мережі та навантаженні на мережу, а також на 
зовнішні впливи, наприклад, перешкоди. Це гарантує, що оператори будуть 
постійно підключені до дорогих активів та зможуть контролювати їх навіть у русі. 
Якщо шлях передачі сигналу заблокований або виявлені перешкоди, замість 
розриву з'єднань інформація миттєво перенаправляється за найкращим доступним 
шляхом, створюючи загальну мобільність і гнучкість зв'язку. При цьому можна 
призначити основний вузол, який буде підключений до успадкованої провідної 
лінії, зберігши її для зв'язку. 
Цей принцип використовується для бездротових сенсорних мереж. Компанії 
все частіше впроваджують бездротові датчики, тому що вони набагато дешевші, 
ніж традиційні, вимагають менше часу для встановлення та можуть бути легко 
об'єднані в мережу. Використання таких мереж відкриває великі можливості для 
оптимізації виробництва, особливо там, де застосування провідних мереж 
заборонено. Бездротові мережі можуть бути корисними для віддаленого 
моніторингу трубопроводів, виявлення витоку природного газу, корозії, контролю 
вмісту сірководню (H2S), оцінки стану обладнання та резервуарів у режимі 
реального часу. 
 
Рисунок 3.5 – Бездротові технології, що використовуються для реалізації 
локальних та коміркових мереж IIoT, згруповані за робочим діапазоном покриття 
Однак для побудови таких мереж потрібне не лише бажання та усвідомлення 
їхньої необхідності, а й відповідні технології бездротового зв'язку [6-9]. І тут є 
досить широкий вибір (рис.3.5). 
Головна перевага коміркової мережі на основі бездротових модулів - це 
практично необмежений діапазон, оскільки дані можуть передаватися з пристрою 
на мережевий вузол, а потім від вузла до вузла. Вузол у такій мережі представляє 
будь-який пристрій, який, крім передачі даних, може мати й інші функції, 
наприклад виступати як ретранслятор, виконуючи призначені для комірки функції. 
Комірчасті мережі оптимальні, оскільки забезпечують практично необмежене 
покриття. Дані в них можна передавати не тільки в межах однієї комірки 
виробничої лінії, а й у межах цеху, без необхідності прокладання кабелів складної 
конструкції. Можливість легко модифікувати таку мережу вважається дуже 
великою перевагою. Детальний опис бездротових технологій Інтернету речей 
доступний у путівнику [6-9]. 
  
  
3.3 Бездротові модулі Bluetooth Low Energy компанії EBYTE 
 
Компанія Chengdu Ebyte Electronic Technology Co., Ltd., відома як EBYTE, є 
одним із виробників, які займаються випуском сучасних модулів для організації 
бездротових мереж зв'язку. Це нове високотехнологічне підприємство КНР, яке 
спеціалізується на системах бездротової передачі даних та технології «Інтернету 
речей» і вже має сотні продуктів власної розробки та широку клієнтську базу, в 
тому числі і на ринку України [10]. Одна з переваг компанії в тому, що вона має 
вельми широкі можливості в галузі науково-дослідних та дослідно-
конструкторських робіт (НДДКР) та широке власне виробництво. Компанія 
EBYTE орієнтована на масштабне серійне виробництво цільової продукції з її 
довготривалою доступністю. Вся продукція компанії сертифікована, і її 
підприємства мають сертифікат системи управління якістю ISO9001.  
Bluetooth Low Energy, або BLE, званий також Bluetooth Smart (для 
застосування в IoT-пристроях), використовує переважно протокол BLE, який 
призначений спеціально для пристроїв із надмалим споживанням енергії. Якщо 
потрібна більша швидкість передачі порівняно з попередніми версіями Bluetooth, 
то можна застосувати Bluetooth 5, який пропонує швидку передачу та більш тривалі 
сеанси передачі на основі мережного протоколу без встановлення з'єднання. У 
такому випадку дані, що надсилаються, містять повну адресну інформацію (про 
відправника та одержувача) у кожному пакеті. При передачі всі проміжні мережеві 
пристрої зчитують адресну інформацію та приймають рішення про маршрутизацію 
даних. Скорочення витрат енергії на радіозв'язок та оптимізація програмного 
забезпечення націлені саме на те, щоб зробити практично досяжним десятирічний 
термін експлуатації без заміни батарей, критичний для IoT і тим більше для IIoT, 
де вимірювальні вузли можуть знаходитися в дуже важкодоступних місцях. 
Клієнтам компанії EBYTE пропонується широка лінійка готових до 
застосування модулів. 
Модулі Bluetooth під три основні протоколи описані в [11], а приклади 
конструктивного виконання ряду модулів представлені на рис.3.6. 
 
Рисунок 3.6 – Типові варіанти виконання модулів Bluetooth компанії EBYTE 
 
На даний момент модулі Bluetooth компанії EBYTE можна вибрати за такими 
ключовими параметрами та характеристиками: тип використовуваного чіпсету 
(мікросхеми); потужність передавача в дБм - Power (dBm); відстань зв’язку в м; 
інтерфейс зв’язку - Interface; типу антени (Antenna) та технічні особливості - 
Feature. Як функціональні особливості модуля можна вибрати: комплект 
автомобіля; низька вартість; висока ефективність; низьке енергоспоживання (Low 
power consumption); дуже малий розмір; коміркова мережа Mesh і т.д. Таблиця 
вибору для модулів цього показано на рис.3.7. 
 
Рисунок 3.7 – Інтерфейс вибору модулів Bluetooth компанії EBYTE 
  
3.4 Бездротові модулі ZigBee компанії EBYTE 
 
Мережі, утворені протоколом ZigBee, почали розглядатися ще з 1998 року, 
коли багато розробників усвідомили, що протоколи Wi-Fi та Bluetooth стали 
недостатньо ефективними для цілого ряду додатків. Зокрема, багато інженерів 
побачили необхідність у самоорганізованих ad-hoc-мережах. У такій одноранговій 
мережі вузли можуть зв'язуватися безпосередньо, «точка до точки», без 
необхідності використовувати загальну точку доступу. Технологія ZigBee діє на 
радіочастотах ISM-діапазону, що не вимагає ліцензування, включаючи смугу в 
районі 2,4 ГГц. Однак у різних регіонах і країнах цього стандарту зв'язку 
використовуються різні смуги робочих частот. Так, у США для ZigBee виділено 
смугу в субгігагерцевому діапазоні, що включає 915 МГц, у Китаї це 784 МГц, а в 
Європі – 868 МГц. В Україні ZigBee використовується в частотному діапазоні 2400-
2483,5 МГц і також не вимагає отримання частотних дозволів і додаткових 
погоджень. 
Технологія ZigBee, за своєю суттю, підтримує мережеві з'єднання за типом 
«дерева», «зірки» і мережі, що самоорганізується, з комірковою топологією. 
Підключені таким чином пристрої для керування вузлами можуть передавати дані 
через зв'язки в мережі, що робить технологію ZigBee в порівнянні з мережею 
«точка-точка» в аналогічних умовах більш привабливою для організації мереж з 
низькою швидкістю передачі даних, розподілених на більшій площі. Плата за всі 
переваги ZigBee - це скорочення часу автономної роботи пристроїв, які служать як 
репітери кластерів такої мережі, що використовуються в процесі обміну даними з 
віддаленими пристроями IIoT. 
Клієнтам компанії EBYTE з України доступна широка лінійка готових до 
застосування модулів ZigBee під три основні протоколи. Приклади 
конструктивного виконання ряду модулів ZigBee компанії EBYTE представлені на 
рис.3.8.  
На даний момент модулі ZigBee можна вибрати за такими ключовими 
параметрами та характеристиками. Тип використовуваного чіпсету (мікросхеми) - 
IC; Інтерфейс - Interface; робоча частота в ГГц - Frequency (Hz); потужність 
передавача в дБм - Power (dBm); відстань зв’язку в км. — Distance (km); три типи 
антени - Antenna. 
 
Рисунок 3.8 – Типові варіанти виконання модулів ZigBee компанії EBYTE 
 
Крім того, на сторінці [12] можна додатково вибрати модулі за швидкістю 
обміну даними біт/с (Air Rate), типу корпусу (Packing), розмірами в мм (Size), 
функцій (Feature) і завантажити посібник на вибраний модуль (Manual). Таблиця 
вибору для модулів цього показано на рис.3.9. 
 
Рисунок 3.9 – Інтерфейс вибору модулів ZigBee компанії EBYTE 
 
  
3.5 Бездротові модулі Wi-Fi компанії EBYTE 
 
Якщо говорити загалом, то Wi-Fi — це велика родина стандартів передачі 
цифрових потоків даних по радіоканалах, імена яких починаються з IEEE 802.11. 
Саме завдяки тому, що всі вони підпадають під стандарти сімейства IEEE 
802.11xxx, технологія Wi-Fi забезпечує нам рішення з різними зонами покриття та 
швидкостями передачі даних. Wi-Fi еволюціонує та постійно розвивається. Нове 
покоління бездротового з'єднання, яке пропонує безліч сучасних рішень порівняно 
з відомою технологією IEEE 802.11ac, є стандартом Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax). Але 
індустрія досить консервативна сфера, тому вона з побоюванням дивиться на 
новації, які для неї можуть бути не оптимальними. В даний час найбільш 
популярний різновид - це Wi-Fi 4, що працює в ISM-діапазонах на частотах 2,4 і 5 
ГГц, але з національними обмеженнями. Так, в Україні для цієї технології дозволені 
смуги частот 2400-2483,5 МГц та 5150-5350 МГц не вимагають ліцензування (при 
виконанні обмежень за потужністю). Саме ці варіанти Wi-Fi пропонує компанія 
EBYTE у модульному виконанні. 
 
Рисунок 3.10 – Типові конструкції модулів Wi-Fi компанії EBYTE з різними 
типами інтерфейсів 
Українським клієнтам компанії EBYTE доступна широка лінійка готових до 
застосування модулів Wi-Fi під три основні протоколи IEEE 802.11b/g/n. Приклади 
конструктивного виконання ряду модулів Wi-Fi компанії EBYTE представлені на 
рис.3.10. 
Сьогодні модулі Wi-Fi можна вибрати за такими ключовими параметрами та 
характеристиками. Тип використовуваного чіпсету (мікросхеми) - IC; робоча 
частота в ГГц; потужність передавача в дБм – Power (dBm); відстань зв’язку в км 
(Distance); тип антени (Antenna); та технічні особливості – Feature. Як 
функціональні особливості модуля можна вибрати: малу споживану потужність 
(Low power), режим постійної передачі (Continuous transmission) і підтримку 
мережі розповсюдження Smart Config/AirKiss в один клік - Airkiss (буквально: 
"повітряний поцілунок" - конфігурація мережі за допомогою WeChat). Крім того, 
на сторінці [13] можна вибрати модулі по протоколу (Protocol), інтерфейсу - 
Interface, розмірах в мм (Size), функціям (Feature), у тому числі і комбінації, що не 
увійшли в систему вибору, і завантажити посібник на вибраний модуль (Manual). 
Таблиця вибору для модулів цього показана на рис.3.11. 
 
Рисунок 3.11 – Інтерфейс вибору модулів Wi-Fi компанії EBYTE 
 
  
3.6 Бездротові модулі LoRa компанії EBYTE 
 
Технологія модуляції LoRa, на відміну від трьох розглянутих вище, 
відноситься до систем бездротового зв'язку далекого радіусу дії, на що вказує її 
назву як похідне від Long Range. 
LoRaWAN – відкритий протокол зв'язку, який визначає архітектуру системи 
та має топологію типу «зірка». LoRaWAN розроблявся для організації зв'язку між 
недорогими пристроями, здатними працювати від батарей (акумуляторів). Для 
забезпечення прийнятного відношення швидкості передачі до енергоспоживання 
протокол передбачає різні класи вузлів. Протокол LoRaWAN визначає конкретний 
набір швидкостей передачі, але реалізація фізичного рівня моделі OSI залежатиме 
від мікросхеми, що вибирається. 
На відміну від великої кількості існуючих мереж, що використовують 
коміркову архітектуру, де вузли мережі для розширення покриття передають 
інформацію від одного до іншого, LoRa-мережа використовує топологію «зірка». 
Це дозволяє зменшити енергоспоживання пристроїв (за рахунок відсутності 
необхідності пересилання пакетів від інших пристроїв) та спростити архітектуру 
мережі. 
Технологія модуляції LoRa та мережа на основі протоколу LoRaWAN 
використовується для передачі невеликих за обсягом пакетів, вона спеціально 
розроблена для розподілених мереж телеметрії, міжмашинної взаємодії, так 
званого М2М (Machine-to-Machine) та власне «Інтернету речей», у тому числі й 
індустріального. Вона оптимальна для додатків, що вимагають збору даних із 
різного обладнання: датчиків, лічильників та сенсорів. Нарешті економічна 
ефективність розгортання мережі LoRaWAN розкриває можливості для 
ущільнення мережі, оптимізації терміну служби батареї пристрою, пропускної 
здатності та зони покриття. І саме вона є конкурентом при широкому розгортанні 
мереж 5G. Протокол LoRa має дальність зв'язку, що перевищує 10 км (у постачанні 
компанії EBYTE до 40 км), що більше, ніж у варіанта 5G mmWave. 
Залежно від регіональних розподілів тут використовуються радіочастоти 
субгігагерцевого діапазону в спектрах частот, що не вимагають ліцензування, в 
діапазонах VHF (0–300 МГц), UHF (300 МГц — 3 ГГц) та в діапазоні 800–930 МГц. 
Оскільки ця технологія використовує нижчі радіочастоти, ніж виділені для 5G та 
технологій, що працюють на частотах 2,4 або 5 ГГц, сигнали модулів LoRa можуть 
проникати глибоко в будівлі та досягати недоступних для своїх високочастотних 
конкурентів місць. 
Одним із найважливіших факторів, що сприяють використанню протоколу 
LoRaWAN, є його економічна мережева архітектура та розширення «останньої 
милі» без необхідності володіння ліцензованим спектром. Це знижує початкові 
вкладення в інфраструктуру та експлуатаційні витрати, а також витрати на датчики 
кінцевих вузлів. Зокрема, для його розгортання потрібно менше енергії, ніж для 
інших рішень, а завдяки тривалому терміну служби батареї до 10 років загальні 
витрати з часом знижуються. 
 
Рисунок 3.12 – Типові конструкції модулів LoRa компанії EBYTE з різними 
типами інтерфейсів 
Клієнтам компанії EBYTE вже доступна найширша в даний час лінійка 
готових до застосування модулів LoRa. Приклади конструктивного виконання ряду 
модулів LoRa компанії EBYTE представлені на рис.3.12. 
На даний момент модулі LoRa можна вибрати за такими ключовими 
параметрами та характеристиками. Тип використовуваного чіпсету (мікросхеми) - 
IC; інтерфейс - Interface; діапазон робочих частот у Гц - Frequency (Hz) (M - МГц, 
G - ГГц); потужність передавача в дБм - Power (dBm); відстань зв’язку в км – 
Distance (km). Крім того, на сторінці [14] можна вибрати модулі швидкості передачі 
в біт/с (Air Rate), типу корпусу (Package), розмірів в мм (Size), технічним 
особливостям (Feature) і завантажити керівництво на обраний модуль (Manual) . 
Таблиця вибору для модулів цього показана на рис.3.13. 
 
Рисунок 3.13 – Інтерфейс вибору модулів LoRa компанії EBYTE 
  
  
3.7 Промислові бездротові сенсорні мережі 
 
Представлені у роботі модулі компанії EBYTE можуть бути використані як 
комунікаційні пристрої в мережі бездротових датчиків, які є вузлами. Основна 
функція таких датчиків полягає в розпізнаванні своєї мережі та доступних для них 
вузлів, зборі, обробці даних та обміні ними. З урахуванням сучасних тенденцій 
розвитку мереж підприємства сенсорні вузли мають бути виконані у вигляді 
невеликих пристроїв із низьким енергоспоживанням, але при цьому достатньою 
пам'яттю для обчислень та організації зв'язку. Від них потрібна можливість 
маршрутизації, динамічного пошуку, позиціонування та самовідновлення, щоб 
забезпечити гнучку топологію мережі в жорстких та непередбачуваних умовах 
індустріального середовища. На рис.3.14 [15] показана архітектура типової 
бездротової сенсорної мережі, в якій дані пересилаються (часто через кілька 
переходів) до контролера або приймача, який може використовуватися локально 
або бути підключений до інших мереж через шлюз. Вузли можуть бути 
стаціонарними або рухомими, з урахуванням розташування чи ні, а також 
однорідними чи ні. Така різноманітність вимагає і різних за технологією модулів 
зв'язку, у тому числі таких, які може надати компанія EBYTE. Придбання одразу 
всіх або принаймні більшості необхідних модулів у однієї компанії не просто 
зручне з погляду логістики, а й економічніше за рахунок скорочення поточних 
витрат та витрат на технічну підтримку та обслуговування. 
Бездротові сенсорні мережі впроваджуються у всьому промисловому світі 
через їх переваги перед провідними мережами. Крім економії витрат на кабельне 
розведення, такі мережі розширюють коло середовищ, доступних моніторингу. 
Вони додають об'єктам у фізичному світі можливості активації та «сприйняття» і 
дозволяють спілкуватися між ними. На рис.3.15 [15] додатково проілюстровано 
структуру бездротової сенсорної мережі, яка є частиною внутрішньої мережі 
підприємства. 
В рамках бездротової сенсорної мережі «розумні», або інтелектуальні 
об'єкти, такі як робочі, автономні транспортні засоби, машини та обладнання, а 
також звичайні датчики з бездротовими приймачами, можуть розглядатися як 
бездротові вузли, які з'єднані для формування бездротової сенсорної мережі за 
допомогою бездротових модулів. Крім того, крім роботи всередині бездротової 
сенсорної мережі, вузли через точки доступу і шлюз створюють міст до інших 
мереж, таких як стільникові, дротові та ін. на тих чи інших мережах вищого рівня. 
 
Рисунок 3.14 – Архітектура бездротових сенсорних мереж 
 
Рисунок 3.15 – Загальна схема промислової бездротової мережі 
Що стосується бездротових сенсорних мереж, то бездротовою технологією 
короткого радіусу дії, що найбільш широко використовується в них, є технологія 
Bluetooth з низьким енергоспоживанням – BLE. Основна причина їхньої високої 
популярності, як було зазначено раніше, – висока енергоефективність. BLE 
управляє циклами сну, черговим режимом та активними циклами. BLE також 
широко використовується через потужність його радіочастотного сигналу, який 
дозволяє цій технології ефективно працювати навіть у складних середовищах з 
підвищеним рівнем електромагнітних перешкод і навіть за наявності фізичних 
перешкод для поширення радіохвиль. Обидва ці фактори є звичайними для 
індустріального середовища. 
У проектах реалізації бездротової сенсорної мережі саме технологія BLE є 
базовою технологією для зв'язку ближнього радіусу дії [7]. Причому вона може 
використовуватися як на вже експлуатованих, так і на проектованих комплексах 
промислового обладнання. Однак мережі пристроїв з підтримкою BLE потрібен 
спосіб отримання інструкцій та ретрансляції даних на більш далекі відстані. Тут 
можливі два варіанти: використання двонаправлених Wi-Fi модулів або модулів 
LoRa (там, де потрібна велика дальність і є перешкоди для поширення радіохвиль 
гігагерцевого діапазону). Поєднання технології BLE з її енергоефективністю та 
технології LoRa з її наддальністю дозволяє розгорнути бездротові сенсорні мережі 
у місцях, де телекомунікаційна інфраструктура та інфраструктура живлення 
недоступні, що розширює межі використання IIoT. 
 
  
4. ОХОРОНА ПРАЦІ 
 
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на  
       працівників при  роботі в  приміщенні технічного відділу 
 
В даній роботі проводиться проектування коміркових мереж для 
промислового ІоТ. Подібні роботи проводяться в приміщенні технічного відділу. 
При опрацюванні таких питань необхідно обробляти значну кількість теоретичного 
матеріалу, розробити необхідну документацію, побудувати плани і графіки. 
Виконання цих робіт можливе лише при застосуванні сучасної комп’ютерної 
техніки. Результати, які отримані під час моделювання різноманітних процесів 
роботи мереж теж підлягають подальшій обробці програмним забезпеченням за 
допомогою сучасної комп’ютерної техніки. Тому виникає потреба в забезпеченні 
безпечної та продуктивної організації праці  робітника відділу при роботі за 
комп’ютером. 
За рівнем фізичного навантаження роботу співробітників відділу можна 
віднести до категорії І а, тобто робота яка виконується сидячі та не потребує 
фізичного навантаження. 
Технічний відділ має наступні  геометричні розміри: довжина – 8 м, ширина 
– 5,5 м, висота стелі – 3 м. Відповідно площа всього приміщення складає 44 м2, а 
об’єм становить 132 м3. Тому на одного з чотирьох працюючих припадає 11 м2, що 
відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-2010 та ДСанПін 5.5.6.009-98, відповідно до яких 
площа, яка припадає на одне робоче місце яке обладнане ПК, повинна складати не 
менше 6 м2, а об’єм - не меншим ніж 20 м3.  
Робоче приміщення технічного відділу згідно з нормами проектування 
ДБН В.2.5-28-2018  «Природне та штучне освітлення» має природне та штучне 
освітлення. Природне освітлення приміщення здійснюється через п’ять вікон, які 
зорієнтовані на захід. Розміри кожного вікна складають 1,32 м. Робочі місця 
розташовані таким чином, що вікна знаходяться перед робочими місцями 
працюючих. Оскільки на вікнах розташовано жалюзі, на робочих місцях 
забезпечене мінімальне потрапляння прямих сонячних промінів на екран монітора, 
які б спричиняли би відбиття світла від екрану. При цьому у полі зору працюючого 
забезпечується оптимальне співвідношення яскравості робочих та навколишніх 
поверхонь. 
Під час роботи працівник в більшості випадків працює з даними  які 
виводяться програмним забезпеченням (з розрахунками на екрані монітора). Тобто 
найменшим об’єктом розрізнення виступає «крапка»  на екрані монітора (в 
текстових редакторах та математичних прикладних інженерних програмах це текст 
чорного кольору на білому фоні). Найменший об’єкт розрізнення – 0,25 мм, що 
відповідає дуже високому ступеню точності зорової праці. Розряд зорової праці – 
II, підрозряд – Г. Контраст об’єкту розрізнення з фоном - великий.  Для даного типу 
зорової праці нормативне значення КПО згідно норм освітлення ДБН В.2.5-28-2018 
дорівнює 1,8%. Робочі місця розташовані на відстані 2 м від вікна і на цій відстані 
значення КПО складає 24-26%, що задовольняє нормам. Тому, рівень природного 
освітлення можна вважати достатнім. 
Для темного часу доби в приміщенні передбачене штучне освітлення. 
Приміщення обладнане дванадцятьма світильниками денного світла типу ЛСП02-
2х58-001, які розташовані симетрично та рівновіддалено від стін. Відповідно до 
ДБН В.2.5-28-2018 для даного типу зорової праці необхідна величина штучного 
загального освітлення складає 400 лк. Фактичне значення даного параметра 
становить понад 420-430 Лк. Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці 
є достатнім. 
Важливе значення має мікроклімат робочого приміщення, так як він 
безпосередньо впливає на здоров’я та самопочуття працівника. До важливих 
мікрокліматичних умов можна віднести такі параметри, як температура, відносна 
вологість, швидкість руху повітря в робочій зоні. Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 
«Повітря робочої зони», що регламентує параметри мікроклімату виробничих 
приміщень, нормативні значення основних факторів мікроклімату наступні: 
1. Температура повітря: в холодний період року – 22-24 °С (допустима – 21-
25 °С); в теплий період року – 23-25 °С (допустима – 22-28 °С). 
2. Вологість повітря:  в холодний період року – 40-60 %; в теплий період року 
– 40-60 %. 
3. Швидкість руху повітря: в холодний період року –  0,1 м/с (допустима –  не 
більша ніж 0,1 м/с); в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1 - 0,2 м/с). 
Фактичні значення параметрів мікроклімату становлять: 
1. Температура повітря: в холодний період року – 16-17 °С; в теплий період 
року – 23-24 °С. 
2. Вологість повітря:  в холодний період року – 45-47 %; в теплий період року 
– 50-52 %. 
3. Швидкість руху повітря: в холодний період року –  0,06-0,1 м/с;  в теплий 
період року – 0,07-0,12 м/с. 
З наведених даних видно, що фактичне значення вологості повітря та 
швидкості руху повітря відповідає нормативним значенням параметрів. Значення 
температури повітря в холодний період року є нижчим за нормативне значення, 
отже, необхідно провести модернізацію системи опалення в приміщенні відділу. 
Шум також являється одним з важливих факторів виробничого середовища, 
який може негативно впливати на працівника. Шум може послаблювати увагу, 
посилювати розвиток втоми, сповільнює реакцію людини на небезпеку. Внаслідок 
цього знижується працездатність та підвищується імовірність нещасних випадків. 
В даному приміщенні головним джерелом шуму є вентилятор охолодження 
джерела живлення системного блоку та вентилятори встановленні для 
охолодження процесора, вінчестера та відеокарти. Так як всі вентилятори 
розташовані всередині системного блоку, то шум, який видає системний блок не 
перевищує нормативне значення еквівалентного рівня шуму, яке згідно вимог ДСН 
3.3.6.037-99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих місцях» становить 50 дБА. 
Головним джерелом електромагнітного випромінювання в приміщенні є 
монітор та системний блок. Рівні електромагнітного випромінювання на робочому 
місці повністю відповідають вимогам ДСН 3.3.6.096-2002. 
В даному приміщенні використовується електропроводка прихованого типу, 
яка виконана мідним дротом 3*2,5 мм. кв. Таке виконання проводки запобігає 
виникненню та поширенню пожежі внаслідок можливого короткого замкнення в 
проводці, та можливому враженню працівника струмом. Обладнання, а саме 
системні блоки та монітори, встановлене в кабінеті живиться напругою 220 В і 
споживає потужність менше ніж 2500 Вт. Оскільки системний блок ПК має 
металевий корпус, то згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в приміщенні передбачена 
магістраль захисного заземлення, яка забезпечує захист працівника від ураження 
електричним струмом. 
За категорією пожежонебезпеки згідно ДСТУ Б В.1.1-36:2016, дане 
приміщення відноситься до типу В (горючі та важкогорючі рідини, тверді горючі 
та важкогорючі речовини і матеріали, речовини та матеріали, здатні при взаємодії 
з водою, киснем повітря або одне з одним лише горіти, за умови, що приміщення, 
в яких вони знаходяться не належать до категорій А чи Б). Стіни приміщення 
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою, 
підлога покрита лінолеумом. Всі матеріали застосовані для будівництва 
приміщення повністю дозволені для оздоблення приміщень органами державного 
санітарно-епідеміологічного нагляду.  
Приміщення оснащено системою автоматичної пожежної сигналізації 
відповідно до вимог ДБН В.2.5-56-2014. Також в приміщенні знаходиться три 
переносних вуглекислотних вогнегасника ВВК-5, які використовуються для 
гасіння легкозаймистих та горючих рідин, твердих горючих речовин та матеріалів, 
електропроводок, що знаходяться під напругою до 1000 В, що відповідає Правилам 
експлуатації вогнегасників. 
Для забезпечення проведення швидкої та організованої евакуації персоналу 
на випадок виникнення пожежі в будівлі передбачений план евакуації,  розміщений 
на стіні з вільним доступом до нього. 
На працездатність дослідника окрім зовнішніх факторів виробничого 
середовища також впливає безпосередня організація робочого місця. Отже, 
робочий стіл має такі розміри: висота – 710 мм, ширина – 510 мм, довжина – 1100 
мм. Відповідно стілець має такі розміри: висота – 400 мм, ширина – 400 мм. 
Відстань від екрана до ока складає 700 мм при розмірі екрану по діагоналі 24", а 
клавіатура розміщена на поверхні столу на відстані 200 мм від працюючого. 
Конструкція робочого місця робітника забезпечує підтримання оптимальної  
робочої  пози працівника. Отже, організація робочого місця повністю задовольняє 
ергономічним вимогам відповідно до ДСТУ 8604:2015. 
Важливим фактором для підвищення продуктивності праці та запобіганню 
виснаження організму являється правильна організація її режиму. Отже при 
організації праці, яка пов’язана з роботою за комп’ютером та іншими приладами, 
для збереження здоров’я працюючого, запобігання виникненню професійних 
захворювань та підтримки працездатності на належному рівні повинні бути 
передбаченні перерви для відпочинку. 
Після проведення детального аналізу приміщення та безпосередньо робочого 
місця можна зробити висновок, що всі фактори робочого середовища, окрім 
температури приміщення в холодний період року, відповідають своїм 
нормативним значенням. Тому необхідно провести модернізацію системи 
централізованого водяного опалення, щоб забезпечити відповідність значення 
температури повітря в холодний період року нормативному значенням цього 
параметра, а саме на рівні 20-22 °С. 
 
  
4.2 Модернізація системи водяного опалення в приміщенні відділу 
 
Системи опалення являють собою комплекс елементів, необхідних для 
нагрівання приміщень в холодний період року. До основних елементів системи 
опалення належать: джерела тепла, теплопроводи та нагрівальні прилади. 
Теплоносіями можуть бути нагріта вода, пара чи повітря. Системи опалення 
повинні компенсувати втрати тепла через огороджуючі зовнішні будівельні 
конструкції та підігрівати холодне повітря, яке надходить ззовні через вікна, двері, 
ворота та ін. Для підприємств та організацій проектується, як правило, центральна 
водяна система опалення низького тиску або система повітряного опалення. При 
проектуванні системи опалення необхідно визначити категорію вибухопожежної 
небезпеки виробництва; внутрішню температуру повітря в приміщенні, залежно від 
категорії роботи (легка, середньої важкості, важка); розрахункову зовнішню 
температуру повітря для даного кліматичного району; орієнтовні втрати тепла 
будинком; тепловиділення від людей, електродвигунів, нагрітих поверхонь котлів, 
сушильних установок, світильників, та іншого обладнання; необхідну систему 
опалення, вид теплоносія, тип опалювальних приладів; кількість тепла на опалення 
приміщень; поверхню нагрівальних приладів; кількість елементів секцій в одному 
нагрівальному приладі, загальну кількість секцій; годинні витрати води (повітря) 
на опалення; необхідну поверхню нагріву.  
Основною метою системи опалення є створення комфортної температури у 
приміщенні, де перебуває та працює людина. Система опалення повинна 
підтримувати температуру повітря в приміщенні на рівні 20-22 °C . В залежності 
від того, який теплоносій використовується в опалювальній системі, вона може 
поділятися на декілька типів: водяна, парова, низького тиску, високого тиску. 
Водяна та парова системи опалення в залежності від тиску пари чи температури 
води можуть бути низького тиску (тиск пари до 70 кПа чи температура води до 100 
°С), та високого тиску (тиск пари більше 70 кПа чи температура води понад 100 
°С). 
Найчастіше використовується водяне опалення низького тиску, яке має ряд 
переваг в порівнянні з паровим опаленням та відповідає основним санітарно-
гігієнічним вимогам. До основних переваг цієї системи можна віднести рівномірне 
нагрівання приміщення; можливість централізованого регулювання температури 
води; підтримання відносної вологості повітря в приміщенні  на відповідному рівні; 
виключення можливості опіків від нагрівальних приладів; високий рівень 
пожежної безпеки. Основний недолік системи водяного опалення – можливість її 
замерзання при аварійному відключенні в зимовий період, а також повільне 
нагрівання великих приміщень після тривалої перерви в опаленні.  
Парове опалення має низку санітарно-гігієнічних недоліків, тому 
застосовується рідко. Зокрема, внаслідок перегрівання повітря знижується його 
відносна вологість, а органічний пил, що осідає на нагрівальних приладах, підгоряє 
і створює запах гару. Окрім того, існує небезпека пожеж та опіків. Враховуючи 
вищевказані недоліки не допускається застосування парового опалення в 
пожежонебезпечних приміщеннях та приміщеннях зі значним виділенням пилу. 
До опалювальних приладів висувають ряд вимог, за якими їх класифікують, 
аналізують ступінь досконалості та проводять порівняння. 
Санітарно-гігієнічні вимоги. Опалювальні прилади повинні мати за 
можливістю більш низьку температуру корпуса для забезпечення непригорання 
пилу та неможливості опіків при доторканні до корпусу, зменшення нейтралізації 
нестійких іонів з негативним зарядом, зниження швидкості руху повітря і 
відповідно швидкості руху пиловидних частинок; мати найменшу площу для 
зменшення відкладання пилу; мати вільний доступ для видалення пилу з корпуса 
та з огороджуючих конструкцій за ним. 
Економічні. Опалювальні прилади повинні мати найменші приведені витрати 
на виготовлення, монтаж та експлуатацію. Найменшу витрату металу, найменшу 
питому вартість, віднесену до 1 м2 площі поверхні або до 1 кВт теплового потоку. 
Архітектурно-будівельні. Зовнішній вигляд (форма, розміри, фарбування) 
опалювальних приладів повинен відповідати інтер'єру приміщення, а їх об'єм, 
віднесений до одиниці теплового потоку, бути якнайменшим. 
Виробничо-монтажні. Повинна забезпечуватись максимальна механізація 
робіт при виробництві та монтажу опалювальних приладів. Опалювальні прилади 
повинні мати достатню механічну міцність. 
Експлуатаційні. Опалювальні прилади повинні пропорційно реагувати на 
автоматичну керованість їх тепловіддачею; забезпечувати пріоритет теплоти у 
приміщенні; бути довговічними, температуростійкими. 
Теплотехнічні. Опалювальні прилади повинні забезпечити найбільшу 
щільність питомого теплового потоку, віднесену на одиницю площі. 
Побутові. Опалювальні прилади можуть мати додаткове обладнання для 
задоволення потреб споживача – дзеркала, вішалки, зволожувачі повітря тощо. 
За переважним видом тепловіддачі всі опалювальні прилади розділяють на 
три групи, а саме: радіаційні, що передають випромінюванням не менше 50% су-
марного теплового потоку (до них відносять сталеві бетонні опалювальні панелі та 
випромінювачі); конвективно-радіаційні, що передають конвекцією від 50% до 
75%  сумарного теплового потоку (в цю групу включають секційні та панельні 
радіатори, підлогові та стінові опалювальні панелі, гладкотрубні опалювальні 
прилади); конвективні, передають конвекцією понад 75% загального теплового 
потоку (до цієї групи відносять  конвектори та ребристі труби). 
За матеріалом опалювальні прилади розділяють на металеві (чавунні, сталеві, 
алюмінієві, мідні тощо), біметалеві (сталево-алюмінієві, мідно-алюмінієві), 
неметалеві (керамічні, пластмасово-бетонні) та комбіновані (металево-керамічні, 
металево-бетонні тощо). 
Чавунні секційні батареї – теплові прилади, які відносяться до застарілих 
систем опалення. Мають малу поверхню віддачі тепла й низьку теплопровідність 
металу, роблять нагрівання в основному випромінюванням і близько 20% тепла 
передають повітрю конвекцією. Рух теплоносія в системі відбувається 
гравітаційним шляхом, що сильно сповільнює передачу тепла. Для збільшення 
конвекційної віддачі тепла чавунними радіаторами, їх рекомендують розміщати 
тільки під вікнами, щоб холодне повітря, що опускається з поверхні скла, 
примусово проходило через радіатор.  
Панельні сталеві батареї являють собою дві сталеві пластини, між якими 
циркулює теплоносій. Пластини мають товщину 1,2 мм, з'єднані між собою 
точковим електрозварюванням, містять виштампувані канали, по яких протікає 
вода. Панель розмірами за звичайний чавунний радіатор має товщину 30 мм, але 
вдвічі меншу тепловіддачу. Для підвищення теплової потужності ставлять 
паралельно дві, навіть три панелі. При двох або трьох панелях радіатор передає 
тепло випромінюванням тільки зовнішніми площинами, тому до всіх внутрішніх 
площин радіатор приварюють ряди П-подібних пластин, які значно збільшують 
поверхню тепловіддачі, тобто внутрішні площини працюють як конвектор. 
Основний недолік такий же, як й в алюмінієвих радіаторах – прискорена корозія.  
Алюмінієві секційні батареї, більш досконала конструкція, у якій 
застосований матеріал з великим коефіцієнтом теплопередачі у вигляді 
алюмінієвого сплаву. Секції алюмінієвого радіатора мають глибину всього 80-110 
мм. Алюмінієві секційні радіатори більше половини тепла віддають 
випромінюванням, іншу половину – конвекцією. Деякі типи алюмінієвих 
радіаторів можуть  мати сильно розвинену поверхню у вигляді додаткових тонких 
ребер, розміщених усередині секції, при цьому зростає площа нагрівання однієї 
секції. Теплова потужність однієї секції декларується виготовлювачами до 180 Вт. 
Завдяки зменшеному обсягу води в секціях алюмінієві радіатори добре піддаються 
регулюванню за допомогою термозапірних клапанів і термочуттєвих головок. 
Теплорегулюючі елементи, якими необхідно постачати всі алюмінієві радіатори, 
дозволяють обмежувати протік гарячої води через радіатор при досягненні заданої 
температури в кімнаті. Основний і самий великий недолік – схильність до 
електрохімічної корозії. Біметалічні секційні радіатори,  найбільш досконала 
конструкція, що дозволяє використати всі переваги алюмінієвих радіаторів, 
уникаючи їхніх недоліків. Біметалічний радіатор складається з міцного й стійкого 
до електрохімічної корозії сталевого трубопровідного каркаса, зовнішні ребра 
виконані з високоякісного алюмінієвого сплаву методом лиття під високим тиском. 
При цьому утвориться монолітне з'єднання, що виключає можливість контакту 
алюмінію з водою, а значить і корозії. Ці радіатори не вимагають спеціальної 
підготовки води (очищення, зниження кислотності, лужності), на відміну від 
алюмінієвих радіаторів. Радіатори мають корпус без гострих кутів, температура на 
поверхні в 2 рази нижче, ніж усередині, що дозволяє навіть по дуже строгих нормах 
застосовувати їх у дитячих і лікувальних установах. При роботі радіатор створює 
ефект повітряного теплового вентилятора й дуже добре перемішує шари повітря в 
приміщенні. 
Модернізація централізованого водяного опалення у технічному відділі 
полягає в заміні гладкотрубних опалювальних приладів на сталеві панельні 
радіатори, для забезпечення достатнього рівня температури (t = 21 °C) на робочому 
місці. Дані панельні радіатори призначені для опалення виробничих та житлових 
приміщень (з робочим тиском у системі до 12 атм). Основними перевагами цих 
радіаторів є надійність, антикорозійна обробка зовнішніх та внутрішніх поверхонь 
методом фосфатування (тому вони не потребують спеціальної підготовки води), 
невисока ціна. 
В приміщенні застосовується схема периметральної двотрубної тупикової 
вітки системи опалення з рухом теплоносія в середині системи за схемою «зверху-
донизу». Кількість тепла, що втрачається будівельною конструкцією QK залежить 
від різниці температур, величини їх значень, площі та виду матеріалу та може бути 
підрахована для плоских поверхонь за формулою: 
Q = k  F (t − t )
                              K k вн зовн , ккал/год                              (4.1) 
 
де: k – коефіцієнт теплопередачі конструкції огорожі (стін),  
k=0,97 ккал/год;  
Fк – поверхня огороджувальної конструкції, Fк = 24 м2; 
tвн – розрахункова температура повітря в приміщенні, t = 22 °C;  
tзовн – розрахункова температура зовнішнього повітря (приймається за 
кліматичними даними для даного міста), t = -20 °C. 
 
QK = k  Fk (tвн − t зовн ) = 0,97  24  (22 − (−20)) = 978
 ккал/год 
 
Відносні витрати води розраховуються за формулою: 
 
7,98  (t −10)
q = (ккал / год),
T
                                   прил L                              (4.2) 
 
де: Δt – різниця температур між середньою температурою теплоносія в 
нагрівальному приладі та температурою в приміщенні, °С;  
ΔTприл – перепад температур теплоносія в нагрівальному приладі, °С;  
L – кількість води, що подається зверху донизу, L=21,3 кг/м2·год 
Температурний перепад в даній системі складає 85 – 50 °C. 
 
85+ 50
7,98  (( − 22) −10)
7,98  (t −10)
q = = 2 = 0,39
Tприл  L (85− 50) 21,3
 м3/год 
 
Значення е. к. м. можна розрахувати за формулою: 
 
q
                            е.к.м. = 7,98  (t −10) 
ккал/год                        (4.3) 
 
де: α = 0,89 – поправочний коефіцієнт, що залежить від відносної витрати води, 
який згідно довідникової літератури дорівнює  
 
85+ 50
qе.к.м. = 7,98  (t −10)  = 7,98  (( − 22) −10) 0,89 = 252
2  ккал/год 
 
Необхідну поверхню приладів е. к. м. Fпр можна визначити за формулою: 
 
Q 978
F к
прил. = = = 3,88м2 .
                                    qе.к.м. 252                                (4.4) 
 
Необхідна кількість секцій радіаторів визначається за формулою: 
 
Fприл
n = ,
f
                                                 е.к.м.                                                     (4.5) 
 
де fе.к.м. = 0,8 м2 – площа поверхні однієї секції радіатора. 
 
Fприл 3,88
n = = = 3,1 4.
fе.к.м. 0,8
 
 
Отже, в даному приміщенні необхідно встановити 4 сталевих панельних 
радіатори Termopan TYPE33 H600 (рис.4.1).  
Перевагами сталевих радіаторів є висока тепловіддача, сучасний 
привабливий дизайн, невелика вага, великий вибір розмірів, а також можливість 
вибору потужності. Особливою гідністю сталевих батарей можна назвати доступну 
вартість і тривалий термін експлуатації (25 років). Серед недоліків цих приладів 
варто відзначити: схильність корозії і непереносимість гідравлічних ударів. 
За формою конструкції батареї зі сталі випускають двох видів: сталеві 
панельні радіатори і трубчасті радіатори. Сталеві радіатори по-різному 
підключаються до розводці труб. Залежно від типу підключення розрізняють три 
типи сталевих радіаторів: 
1. Радіатори з нижнім підключенням; 
2. Радіатори з боковим підключенням; 
3. Універсальні радіатори. 
В Україні на даний момент виробляється більше 10 марок панельних 
радіаторів. Більшість з них має у супровідних документах посилання на стандарт 
EN 442. Даний стандарт пред'являє вимоги до панельних та інших видів радіаторів, 
в ньому описуються методи вимірювання теплової потужності радіаторів, але 
відсутній контроль якості їх виготовлення. 
Тільки знак якості RAL (німецький інститут забезпечення якості Deutsches Institut 
fur Gutesicherung und Kennzeichnung eV) присвоює товару відповідний критерій 
загальної якості. Критерії якості, розроблені для сталевих радіаторів, повністю 
враховують такі стандарти: EN 442-1, 442-2, 442-3, EN ISO 2409, EN ISO 9002, EN 
10131, EN 10204, ISO 2768-1 і DIN 55900-1, 55900-2. 
Знак якості RAL для сталевих радіаторів означає, що: 
- при виготовленні використовувався матеріал (сталевий лист), що відповідає 
стандарту EN 442-1, а його якість підтверджено свідоцтвом виробника, що означає 
надійність, безпеку і тривалий термін служби виробу; 
- при виробництві виробів належним чином перевіряється справність 
зварювальних ліній, а сам процес зварювання повністю відповідає технології 
виробництва; 
- фарбування виконане відповідно до стандарту DIN 55900-1,2, що забезпечує 
оптимальний захист виробу, привабливий зовнішній вигляд на тривалий термін; 
- здійснюється контроль на всіх стадіях виробничого процесу; 
- опалювальні прилади піддаються випробуванням під надлишковим тиском, 
що в 1,3 рази перевищує робочий тиск, заявлений виробником. 
Для панельних сталевих радіаторів існує близько 1000 типорозмірів. 
Більшість виробів випускається з однаковою висотою 300 - 900 мм, довжина може 
бути в широкому діапазоні від 300 мм до 3 м. Сталеві панельні радіатори мають 
невелику теплову інерцію. Використовуючи ці прилади в системі опалення, легко 
регулювати температуру в приміщенні. Їх робочий тиск знаходиться в межах 10 
атм. Завдяки величезному модельному ряду панельних радіаторів неважко 
підібрати прилад з оптимальними параметрами для будь-якого приміщення. У 
провідних виробників опалювальних приладів асортимент продукції складається з 
сотень моделей сталевих батарей різної висоти, глибини, ширини. 
Зовнішній вигляд панельного радіатора являє собою прямокутну панель, як 
правило, білого кольору. Конструкція приладу складається з двох зварених між 
собою листів сталі (товщиною - 1,25 мм), що мають вертикальні канали, по яких 
циркулює теплоносій. Щоб збільшити поверхню, що нагрівається, і, відповідно, 
підвищити тепловіддачу, до панелей з тильного боку приварюються П-подібні 
сталеві ребра. 
Недоліками сталевих панельних батарей є схильність корозії, чутливість до 
гідравлічних ударів, неможливість їх застосування при високому тиску - ці всі 
властивості необхідно враховувати, якщо радіатори встановлювати в системі 
центрального опалення. У центральних опалених системах використовуються 
теплоносії сумнівної якості, що істотно впливає на стан сталевих батарей, не 
рідкість там і сильні скачки тиску.  
Перевагою панельних батарей, в порівнянні з секційними, можна вважати 
цілісність їх конструкції, а також відсутність ніпельних сполук з прокладками. Ця 
особливість конструкції панельних радіаторів забезпечує можливість їх 
виготовлення різної довжини і ширини. 
 
Рисунок 4.1 - Сталевий панельний радіатор Termopan TYPE33 H600 
Основні характеристики радіатора Termopan TYPE33 H600: 
- висота – 600 мм; - товщина стінки - 1,25 мм. 
- ширина – 400 мм; 
- глибина – 160 мм; 
- тип – 33; 
- теплова потужність - 1174,8 Вт; 
- робочий тиск – 10 бар; 
- випробувальний тиск – 13 бар; 
- тип підключення - нижнє  
  підключення; 
- об'єм води в радіаторі - 3,8 л; 
- вага - 18,6 кг; 
ВИСНОВКИ 
 
Мережі бездротових датчиків зробили революцію у промисловій 
автоматизації, надавши економічне та ефективне рішення для моніторингу та 
управління критичними процесами. У міру розвитку технологій мережі 
бездротових датчиків ставатимуть дедалі досконалішими, що дозволить 
здійснювати моніторинг та управління виробничими процесами в режимі 
реального часу з будь-якої точки світу. У разі ретельного планування та 
впровадження мережі бездротових датчиків можуть допомогти підприємствам 
підвищити ефективність, знизити витрати та підвищити безпеку. 
Як можна бачити, за наявності існуючої інфраструктури мережі, наприклад, 
на основі модулів Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee та LoRa, прості в установці і можуть 
бути легко виконані навіть неспеціалізованим персоналом. Навіть у відносно 
віддаленому майбутньому, коли всі галузі стануть «розумними», коміркові мережі 
на таких модулях залишаться привабливими, оскільки витрати на електромонтаж 
та конфігурацію мереж значно рентабельніші, ніж на повністю дротові рішення. 
Важливо не просто перейти до IIoT як до чергового нового віяння індустріальної 
моди, але зробити це усвідомлено та економно, з належною якістю та надійністю. 
У цьому може допомогти продукція компанії Chengdu Ebyte Electronic Technology 
Co., Ltd. В її асортименті є не тільки модулі бездротового зв'язку, але й антени та 
супутні модулі.  
Останніми роками бездротові сенсорні мережі стали важливим інструментом 
у секторі промислової автоматизації. Вони пропонують економічне рішення для 
моніторингу та управління критичними процесами у різних галузях, включаючи 
виробництво, нафтогазову промисловість та транспорт. Мережі бездротових 
датчиків складаються з групи датчиків, які бездротовим чином підключені до 
центрального вузла, який відповідає за збирання та обробку даних з датчиків. 
Однак проектування мережі бездротових датчиків для промислової автоматизації 
потребує ретельного розгляду кількох факторів, включаючи вибір датчика, вибір 
бездротового протоколу та безпеку даних. 
На сьогоднішній день найбільш поширеними технологіями, що 
використовуються для промислового інтернету речей залишається кабельна 
структура, розширення якої недоцільне через високу вартість, або складність 
реалізації, оскільки частина мережі може проходити в агресивних середовищах 
підприємства. Також на початковому етапі впровадження ІІоТ перспективними 
вбачалися LTE-мережі, проте виявилося, що вони мають проблеми із затримкою. 
Вони достатні для таких додатків, як інтелектуальне вимірювання, але їх не 
вистачає для підтримки платформ, яким необхідне функціонування в реальному 
часі, наприклад, у додатках міжмашинної взаємодії. Перспективна технологія 5G 
потребує значних вкладень в інфраструктуру та не вирішує проблему із затримкою. 
Найчастіше для промислового інтернету речей використовуються технології 
Bluetooth Low Energy, ZigBee, Wi-Fi та LoRa, які мають різний радіус дії, тому 
можуть доповнювати одна іншу. В роботі, для технології промисловий «Інтернет 
речей», пропонується розглянути сучасні модулі для організації бездротових мереж 
зв'язку китайської компанії EBYTE. Найбільш привабливою технологією для 
впровадження ІІоТ можна вважати Bluetooth Low Energy, оскільки вона дозволяє 
експлуатацію мережі пристроїв із надмалим споживанням енергії. Для організації 
ІІоТ на дальні відстані доцільно використовувати технологію LoRa, на що вказує її 
назва як похідне від Long Range. 
 
  
Список використаної літератури 
 
1. Wu Y., Sheng Q. Z., Zeadally S. RFID: Opportunities and challenges // Next-
Generation Wireless Technologies. USA, NY: Springer, 2013. 
2. Van Kranenburg R. The Internet of Things: A Critique of Ambient Technology and 
the All-Seeing Network of RFID. The Netherlands, Amsterdam: Institute of Network 
Cultures, 2007. 
3. Ilie-Zudor E., Kemeny Z., van Blommestein F., Monostori L., van der Meulen A. A 
survey of applications and requirements of unique identification systems and RFID 
techniques // Comput. Ind. 2011. Vol. 62, No. 3. 
4. Industrial Internet of Things, IIoT. – Режим доступу: https://www.it.ua/knowledge-
base/technology-innovation/promyshlennyj-internet-veschej 
5. Pioneers of Kinetic Mesh® Networks – Режим доступу: https://rajant.com/ 
6. Рентюк В. Короткий путівник бездротовими технологіями «Інтернету речей». 
Частина 1. Мережі, шлюзи, хмари та протоколи // Chip news, №4, 2023 
7. Рентюк В. Короткий путівник бездротовими технологіями «Інтернету речей». 
Частина 2. Ближній радіус дії // Chip news, №5, 2023 
8. Рентюк В. Короткий путівник бездротовими технологіями «Інтернету речей». 
Частина 3. Wi-Fi // Chip news, №1, 2024 
9. Рентюк В. Короткий путівник бездротовими технологіями «Інтернету речей». 
Частина 4. Великий радіус дії // Chip news, №2, 2024 
10. Радіомаг: мережа магазинів радіодеталей – Режим доступу: 
https://www.rcscomponents.kiev.ua/ebyte 
11. Product Selection (Bluetooth). – Режим доступу: https://www.ebyte.com/product-
selecte.html?psid=936&sid=154 
12. Product Selection (ZigBee).  – Режим доступу: https://www.ebyte.com/product-
selecte.html?psid=936&sid=156 
13. Product Selection (Wi-Fi).  – Режим доступу: https://www.ebyte.com/product-
selecte.html?psid=936&sid=155 
14. Product Selection (LoRa).  – Режим доступу: https://www.ebyte.com/product-
selecte.html?psid=936&sid=411 
15. Abdelrehim B. M. M. Wireless Sensor Technology Selection for I4.0 Manufacturing 
Systems. University of Windsor, Electronic Theses and Dissertations. 4-9-2020. 
16. Гончаренко Є.Ф., Чорній А.М., Гавриш О.С. Проектування коміркових мереж 
для промислового ІоТ // Збірник тез доповідей студентської науково-практичної 
конференції ЧДТУ: 22-25 квітня 2024 р. - Черкаси: ЧДТУ, 2024
Репозиторій ЧДТУ
